[发明专利]一种POSS改性的PBO聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性PBO聚合物的制备方法。 

背景技术

PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)是一种全芳杂环高分子聚合物，晶胞属单斜晶系，重复主链单元是由刚性苯环和噁唑环构成，环外键之间的夹角均为180°，分子结构中无弱键，不能内旋转，所以形成直链型刚性棒状分子，具有高相对分子质量和溶致液晶态，液晶纺丝工艺又使得PBO分子沿轴向方向具有高度取向和高规整度。所以，由PBO聚合物纺制出的PBO纤维展现出高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能。PBO分子的结构式如下式所示。 

PBO纤维具有优异的耐化学介质性，在大多数有机溶剂及酸碱中都是稳定的，仅能溶于多聚磷酸、100％浓硫酸、甲磺酸、氯磺酸。此外，PBO纤维在受冲击时纤维可原纤化而吸收大量的冲击能，其复合材料的最大冲击载荷(3.5kN)高于碳纤维复合材料(1kN)和芳纶纤维复合材料(1.3kN)，是十分优异的耐冲击材料。PBO纤维在吸脱湿时尺寸变化小，抗蠕变性能好，耐剪耐磨性能优良。 

PBO纤维优异的性能使得其在民用及军用领域具有重要应用价值和广阔的应用前景，其民用应用范围涵盖了桥梁建筑、电子器件、高温过滤、安全防护材料、体育器材等众多领域，但因其价格昂贵，大规模应用受到很大的限制，目前多用于航空航天、国防军工等特殊领域。PBO纤维主要应用在制造力学增强材料、耐热性材料和耐腐蚀材料。利用PBO纤维高温阻燃的特性。PBO纤维的最高热分解温度为650℃，目前是高性能有机纤维中耐热温度最高的一种纤维。利用PBO纤维耐化学介质的特性。PBO纤维可制成各种耐腐蚀防护用品及服装等，在有危险性化学物品或腐蚀性物品的现场作业时，可保护自身免遭化学危险品或腐蚀性物品的侵害。PBO纤维还可应用在其他领域如电绝缘材料、透/吸波隐身材料、耐磨材料、密封填料、印刷电路板、汽车离合器衬垫和刹车片及 深海油田开发所需材料等。 

但是由于PBO纤维为直链型刚性棒状分子，其拉伸强度差，拉伸模量低，导致PBO纤维的应用领域受到限制。 

发明内容

本发明是要解决未改性PBO聚合物的拉伸强度与模量较差的技术问题，提供一种POSS改性的PBO聚合物的制备方法。 

本发明POSS改性的PBO聚合物的制备方法，按以下步骤进行： 

一、将4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐溶解于SnCl₂水溶液中，得溶液A，再将对苯二甲酸溶解于NaOH溶液中，得溶液B，在室温及氮气保护下将溶液B滴加到溶液A中，然后于90℃反应30～40min，然后抽滤，用去离子水清洗固体，然后烘干； 

二、向磷酸中加入P₂O₅，保持温度在79～81℃，反应1～1.5h，得到多聚磷酸溶液； 

三、将步骤一烘干后的产物加入到步骤二得到的多聚磷酸溶液中，然后加入SnCl₂·2H₂O，再加入带氨基的POSS，于80℃条件下搅拌2～3h，然后升温到120℃，保持温度聚合5～6h，然后升高温度到150℃，保持温度反应10～12h，最后升高温度到180℃，反应20～22h，得到POSS改性的PBO聚合物。 

本发明步骤三中带氨基的POSS的结构式为： 

本发明POSS改性的PBO聚合物的制备过程可用下式表示： 

其中的 

本发明采用带氨基的POSS(笼型倍半硅氧烷)作为第三单体，在PBO聚合期间加入少量的POSS进行共缩聚，将POSS引入到PBO主链上，得到POSS-co-PBO聚合物，这种聚合物可以提高PBO的力学性能和热稳定性，特别是提高它的拉伸强度与模量。本发明改性PBO聚合物制备的纤维的拉伸模量为75～80GPa，比PBO聚合物制备的纤维提高了24～32％，拉伸强度为2.3～2.5GPa，比PBO聚合物制备的纤维提高了16～27％。本发明改性PBO聚合物与未改性PBO相比可以显著提高拉伸强度与拉伸模量。 

附图说明

图1为试验1制备的POSS改性PBO聚合物的红外吸收光谱图。 

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式POSS改性的PBO聚合物的制备方法，按以下步骤进行：