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特种塑料性能与加工相矛盾?一个单体引发的革命

,为何?基础研究投入大,辛苦成功被抄袭仿冒的可能性大!那么把基础研究交给高校科研机构,可是学术能够跟产业结合吗?如果众多科研狗还停留在发文章,骗取国家经费的时候,我强烈建议您看看本文,蹇锡高院士给大家做了一个很好的榜样,高分子理论课本上了讲了很多,分子结构设计,但是真正理解,到实践,到产业化的人很少!

一、传统高性能塑料的死结:性能与加工相矛盾?

传统高性能工程塑料(即常见的特种塑料如PEEK、PI等)存在一个非常致命的问题:耐热性和溶解性呈反向变化关系!即耐热温度越高,溶解性越差,甚至不溶解。致使其合成难,成本高,加工方式单一(只能热成型加工),应用领域受限。研制一类耐热温度高、溶解度良好的新型高性能工程塑料就显得很有必要了。

蹇院士课题组通过从结构创新和工艺创新两个方面改进,具如下:



二、1个单体引发的革命!


图:DHPZ的分子式

如上图,为DHPZ的分子式。DHPZ的苯环与二氮杂萘酮环不在同一个平面上,相互扭曲一个角度,具有扭曲、非共平面的结构特点;其活性类似双酚单体。


图:酰亚胺五元氮杂环的分子式

DHPZ的二氮杂萘酮结构与聚酰亚胺中的酰亚胺环类似。但其六元二氮杂环的化学稳定性显著优于酰亚胺五元一氮杂环,克服了酰亚胺环耐湿热性能差的缺点。

在聚合物中引入DHPZ结构,使聚合物也具有扭曲非共平面结构;阻碍结晶,利于溶解。实现了既耐高温又可溶解,解决了传统特种塑料不能兼具耐高温可溶解的技术难题。


三、如何将研究成果产业化?

1.改良PEEK


图:聚芳醚合成反应中引入DHPZ

在之前的基础上,在聚芳醚中引入DHPZ结构,新型聚合物PPESK热变形温度比PEEK高100℃。在250℃时拉伸强度是PEEK的2.5倍多。PPESK能溶于NMP(N-甲基吡咯烷酮)、CHCl3 和DMAc(二甲基乙酰胺)溶剂中,而PEEK只能溶于浓硫酸中。该成果获得2003年国家技术发明二等奖!


2.引入腈基,扩大应用


图:杂萘联苯聚醚腈砜系列(PPENS)的合成

在之前的基础上,引入腈基,开发出聚芳醚腈类聚合物,其使用温度高达300℃。与不含氰基的聚芳醚相比,由于强极性氰基侧基引入,带来如下优点:

1)热性、阻燃性、机械强度等均有显著提高;

2)可利用其氰基进行交联或功能化改性。应用领域更广。

这项成果获得2011年国家技术发明二等奖!


3.未来应用


不久的将来,这类材料将大规模应用在航天、航空、船舶、测量等领域;如果流动性等加工性能得到进一步改善,未来,这类材料将会逐步走进我们日常的生活中!

关于蹇锡高院士

蹇锡高,重庆市江津人,1969年本科毕业于大连理工学院,1981年获大连理工大学硕士学位,1988-1990年留学加拿大Mc Gill大学。现任大连理工大学教授、高分子材料研究所所长、辽宁省高性能树脂工程技术研究中心主任。2013年当选为中国工程院院士。

他带领团队研究高性能工程塑料领域存在的关键科学问题。经反复探索,在国家科技攻关、“863”计划以及省市项目的支持下,他从分子结构设计出发,将全芳环、扭曲非共平面的二氮杂萘酮联苯结构成功引入到聚芳醚分子主链(请见视频解说),并通过相应聚合工艺技术攻关,攻克了多项关键技术,研制成功结构全新、综合性能优异、耐高温可溶解的杂萘联苯型高性能工程塑料,解决了传统高性能工程塑料不能兼具耐高温可溶解特性的技术难题。




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