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含羧基侧基聚芳醚砜酮的合成、环氧化改性及性能研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学领域，高性能聚合物材料一直是研究的热点。含羧基侧基聚芳醚砜酮作为一种新型的高性能聚合物，因其独特的分子结构和优异的性能，受到了广泛的关注。聚芳醚砜酮本身具有良好的耐热性、机械性能和化学稳定性，而引入羧基侧基后，进一步赋予了材料新的性能和功能。羧基的存在使得聚合物具有良好的亲水性、可反应性以及对金属离子的配位能力，这些特性为材料的应用拓展了更广阔的空间。例如，在分离膜领域，含羧基侧基的聚芳醚砜酮可以通过与金属离子的配位作用，制备出具有特殊选择性的分离膜，用于海水淡化、污水处理等领域，提高水资源的利用效率。在生物医药领域，其良好的亲水性和可反应性使其有望用于药物载体的制备，实现药物的靶向输送和控制释放，提高药物的疗效并降低副作用。在电子材料领域，含羧基侧基聚芳醚砜酮可用于制备高性能的绝缘材料、光刻胶等，满足电子器件不断小型化和高性能化的需求。

然而，含羧基侧基聚芳醚砜酮也存在一些局限性，如溶解性较差、与其他材料的相容性不佳等，这些问题限制了其在某些领域的大规模应用。环氧化改性作为一种有效的手段，可以在不改变聚合物主链结构的前提下，引入环氧基团，改善材料的溶解性、相容性以及固化性能。环氧基团具有高反应活性，能够与多种化合物发生反应，从而实现对材料性能的精确调控。通过环氧化改性，可以使含羧基侧基聚芳醚砜酮与其他树脂如环氧树脂等更好地复合，制备出性能优异的复合材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等高端领域。研究含羧基侧基聚芳醚砜酮及环氧化改性具有重要的理论和实际意义，不仅能够深入了解聚合物结构与性能之间的关系，还能为开发新型高性能材料提供理论依据和技术支持，推动相关领域的技术进步和产业发展。

1.2国内外研究现状

国外对含羧基侧基聚芳醚砜酮的研究起步较早，在合成方法和性能研究方面取得了一系列重要成果。早期，研究者们主要通过亲电取代和缩聚反应来合成含羧基侧基聚芳醚砜酮。例如，采用偏苯三酸酐酰氯与二苯氧基二苯砜等单体在催化剂作用下进行低温溶液共缩聚反应，成功制备出主链芳环带有羧基侧基的聚芳醚砜醚酮酮。通过这种方法合成的聚合物具有较高的分子量和良好的热稳定性，但反应条件较为苛刻，对设备要求较高。近年来，随着绿色化学理念的兴起，一些新的合成方法不断涌现，如采用离子液体作为反应介质，不仅可以提高反应速率和产率，还能减少有机溶剂的使用，降低环境污染。在性能研究方面，国外学者深入探究了含羧基侧基聚芳醚砜酮的热性能、机械性能、化学稳定性以及对金属离子的吸附性能等。研究发现，羧基侧基的引入会对聚合物的结晶行为产生影响，导致结晶度下降，从而影响材料的机械性能和热性能。同时，含羧基侧基聚芳醚砜酮对某些金属离子具有良好的吸附性能，可用于金属离子的分离和富集。

在环氧化改性方面，国外研究主要集中在探索不同的环氧化试剂和反应条件，以实现对含羧基侧基聚芳醚砜酮的有效改性。常用的环氧化试剂包括环氧氯丙烷、过氧化氢等。通过优化反应条件，如反应温度、反应时间、试剂用量等，可以控制环氧基团的引入量和分布，从而实现对材料性能的精确调控。改性后的材料在溶解性、相容性和固化性能等方面得到了显著改善，为其在复合材料等领域的应用奠定了基础。

国内对含羧基侧基聚芳醚砜酮及环氧化改性的研究也取得了长足的进展。在合成方面，国内学者在借鉴国外先进技术的基础上，进行了大量的创新研究。通过改进单体结构和合成工艺，成功制备出一系列具有不同性能的含羧基侧基聚芳醚砜酮。例如，采用新型的亲核试剂和催化剂，实现了在温和条件下的聚合反应，降低了生产成本。在性能研究方面，国内研究主要关注含羧基侧基聚芳醚砜酮在特定领域的应用性能，如在质子交换膜、吸附分离材料等方面的性能研究。研究表明，含羧基侧基聚芳醚砜酮在质子交换膜领域具有潜在的应用价值，其羧基侧基可以提供质子传导通道，提高质子传导率。在环氧化改性方面，国内研究侧重于开发新的改性方法和复合技术，以进一步提高材料的综合性能。通过将环氧化改性后的含羧基侧基聚芳醚砜酮与其他功能性材料复合，制备出具有多功能的复合材料，拓展了其应用领域。尽管国内外在含羧基侧基聚芳醚砜酮及环氧化改性方面取得了一定的成果，但仍存在一些问题和挑战，如合成工艺的优化、材料性能的进一步提升以及应用领域的拓展等，这些都为后续的研究提供了方向。

1.3研究内容与创新点

本研究旨在深入探究含羧基侧基聚芳醚砜酮的合成方法、环氧化改性工艺及其性能，具体研究内容包括以下几个方面：首先，采用低温溶液共缩聚的方法，以偏苯三酸酐酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯等为亲电试剂，4,4’-二苯氧基二苯砜为亲核试剂，在三氯化铝催化剂和1,2-二氯乙烷溶剂的作用下