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聚联苯撑乙烯及聚喹吖啶酮类电流变材料的合成与性能研究

作　者: 刘展鹏
导　师: 林原斌
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚联苯撑乙烯聚喹吖啶酮分散介质合成电流变流体电流变效应
分类号: O633.5
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

电流变流体是一种新颖的智能材料,具有重要的学术研究价值和广泛的应用前景,是功能材料最活跃的研究领域之一。本论文对电流变效应的特点、历史起源及其理论模型和应用进行了文献综述。从分子设计的原理出发,合成了两类电流变流体分散相材料及两种分散介质材料。考察了各材料的合成及电流变效应; 探讨了这些材料组成的电流变流体体系中,材料的相关性能与其电流变效应的关系。考察了2-甲氧基-5-辛氧基-1,4-双氯甲基苯及4,4’-双氯甲基-1,1’-联苯这两个聚合物前体中所涉及的芳烃的氯甲基化反应; 同时,对4,4’-双甲酰基-1,1’-联苯及4,4’-二氰甲基-1,1’-联苯的合成条件进行了优化。采用Gilch 方法,经4,4’-双氯甲基-1,1’-联苯的自缩合反应,合成了PBPV; 采用Wittig反应,以2-甲氧基-5-辛氧基-1,4-双氯甲基苯及4,4’-双甲酰基-1,1’-联苯等为原料,“一锅”法合成了PMOBPV; 采用Knoevenagel 反应,以4,4’-双甲酰基-1,1’-联苯及4,4’-二氰甲基-1,1’-联苯等为原料合成了CNPBPV。对三种联苯撑乙烯类聚合物的合成过程进行了优化,聚合物的分子结构、热性质、粒子形貌及介电性质等均得到了测试表征。分别以对苯二胺、间苯二胺和2,5-二氧环己二甲酸二甲酯等为原料,经缩合、氧化、环化等反应,合成了平面梯形聚合物聚喹吖-[2,3-b]-啶-7,14[5,12] -二酮(PTQA)及聚喹吖-[2,3-b]-啶-12,14[5,7]-二酮(PCQA)。对两种喹吖啶酮聚合物的合成过程进行了探讨,优化了合成条件; 聚合物的分子结构、热性质、粒子形貌及介电性质等均得到了测试表征。分别以氯代甲苯和溴苯、氯苄等为原料,经溴化反应及F-C 反应合成了两种电流变流体的分散介质材料溴化氯代甲苯(BCT)和对溴二苯甲烷(BDPM)。两种有机液体的分子结构及相关物化性质均得到了测试表征。系统研究了PBPV、PMOBPV及CNPBPV三种联苯撑乙烯类聚合物分散在硅油中形成的电流变流体的稳定性及流变性质。结果表明,由于三种共轭聚合物具有适当的电导率和介电常数,因此显示出较好的电流变效应。粒子浓度为30wt%的PBPV,PMOBPV及CNPBPV三种聚合物的硅油体系室温下的屈服应力分别达802.3 Pa ( 2kV/mm ) 、1301.4 Pa (3kV/mm) 及1827Pa(3kV/mm); 电流密度分别为100μA/cm~2(2kV/mm)、28.7μA/cm~2(3kV/mm)及34μA/cm~2(3kV/mm); 体系的屈服应力随电场强度增强而增大,符合:τ_y ∝E~ n ,指数n分别为1.88,1.9,及1.58; 各聚合物悬浮体

全文目录

中英文摘要  4-13
第一章绪论  13-42
  1.1 电流变流体:特点及应用  13-15
    1.1.1 电流变流体的特点  13-14
    1.1.2 电流变流体的应用  14-15
  1.2 电流变效应:历史起源及理论模型  15-22
    1.2.1 电流变效应的历史起源  15-18
    1.2.2 电流变效应的理论模型  18-22
      1.2.2.1 成纤化模型  18
      1.2.2.2 双电层模型  18-19
      1.2.2.3 水桥模型  19-20
      1.2.2.4 静电极化模型  20
      1.2.2.5 电导模型  20-21
      1.2.2.6 介电损耗模型  21-22
  1.3 电流变流体:组成及分类  22-28
    1.3.1 电流变流体的组成  22-26
      1.3.1.1 分散相微粒  23-25
      1.3.1.2 分散介质  25
      1.3.1.3 添加剂  25-26
    1.3.2 电流变流体的分类  26-28
      1.3.2.1 无机材料电流变流体  26-27
      1.3.2.2 有机-聚合物材料电流变流体  27-28
      1.3.2.3 复合材料电流变流体  28
  1.4 电流变效应:其它因素的影响  28-31
    1.4.1 外加电场的影响  29
    1.4.2 粒子浓度的影响  29-30
    1.4.3 温度的影响  30
    1.4.4 剪切场的影响  30-31
  1.5 论文的选题背景、目的、意义、研究内容及主要创新点  31-33
    1.5.1 论文选题背景、目的、意义  31
    1.5.2 论文的研究内容  31-32
    1.5.3 论文的主要创新点  32-33
  参考文献  33-42
第二章联苯撑乙烯类共轭聚合物的合成及电流变性能  42-78
  2.1 前言  42-43
  2.2 材料合成及结构表征  43-51
    2.2.1 研究思路  43-44
    2.2.2 实验部分  44-51
      2.2.2.1 主要试剂及仪器  44
      2.2.2.2 主要中间体的合成  44-46
      2.2.2.3 聚合物的合成  46-47
      2.2.2.4 聚合物结构的分析表征  47-51
  2.3 合成过程讨论  51-60
    2.3.1 中间体合成过程讨论  51-54
      2.3.1.1 芳烃的氯甲基化反应  51-53
      2.3.1.2 4,4’-双甲酰基-1,1’-联苯的合成  53-54
      2.3.1.3 4,4’-双氰甲基-1,1’-联苯的合成  54
    2.3.2 聚合物合成过程讨论  54-60
      2.3.2.1 聚联苯撑乙烯(PBPV)的合成  54-57
      2.3.2.2 聚(2-甲氧基-5-辛氧基)苯-1,4-撑乙烯撑联苯-4,4’-撑乙烯(PMOBPV)的合成  57-58
      2.3.2.3 聚联苯-4,4’-撑乙烯-1-氰基(CNPBPV)的合成  58-60
  2.4 联苯撑乙烯类聚合物的电流变性能研究  60-74
    2.4.1 实验部分  60-61
      2.4.1.1 聚合物作为电流变流体分散相的制备及表征  60
      2.4.1.2 聚合物电流变流体的制备及流变性能测试  60-61
    2.4.2 结果与讨论  61-74
      2.4.2.1 材料表征  61-63
      2.4.2.2 PBPV 的电流变性质  63-70
      2.4.2.3 PMOBPV 的电流变性质  70-72
      2.4.2.4 CNPBPV 的电流变性质  72-74
  2.5 小结  74-76
  参考文献  76-78
第三章喹吖啶酮聚合物的合成及电流变性能  78-109
  3.1 前言  78-79
  3.2 材料合成及结构表征  79-85
    3.2.1 研究思路  79-80
    3.2.2 实验部分  80-83
      3.2.2.1 主要试剂及测试仪器  80-81
      3.2.2.2 聚喹吖-[2,3-b]-啶-7,14[5,12] -二酮(PTQA)的合成  81-82
      3.2.2.3 聚喹吖-[2,3-b]-啶-12,14[5,7]-二酮(PCQA)的合成  82-83
    3.2.3 聚合物的结构表征  83-85
      3.2.3.1 聚合物的元素分析结果  83
      3.2.3.2 聚合物的红外分析结果  83-84
      3.2.3.3 聚合物的分子量  84-85
  3.3 合成过程讨论  85-92
    3.3.1 PTQA 的合成  85-90
      3.3.1.1 缩合反应  86-88
      3.3.1.2 氧化反应  88-89
      3.3.1.3 闭环反应  89-90
    3.3.2 PCQA 的合成  90-92
      3.3.2.1 缩合反应  90-91
      3.3.2.2 氧化反应  91-92
      3.3.2.3 闭环反应  92
  3.4 聚喹吖啶酮电流变流体的制备及性能研究  92-106
    3.4.1 实验部分  92-93
      3.4.1.1 聚合物作为电流变流体分散相的制备及表征  92
      3.4.1.2 聚合物电流变流体的制备及流变性能测试  92-93
    3.4.2 结果与讨论  93-106
      3.4.2.1 材料表征  93-95
      3.4.2.2 PTQA-BDPM 体系的电流变性质  95-101
      3.4.2.3 PCQA-BDPM 体系的电流变性质  101-106
  3.5 小结  106-107
  参考文献  107-109
第四章电流变流体分散介质的合成及对流体性能的影响  109-123
  4.1 前言  109-110
  4.2 分散介质的合成及结构表征  110-115
    4.2.1 合成原理  110
      4.2.1.1 溴化氯代甲苯的合成  110
      4.2.1.2 对溴二苯甲烷的合成  110
    4.2.2 实验部分  110-112
      4.2.2.1 主要仪器和试剂  110-111
      4.2.2.2 实验操作  111-112
    4.2.3 产物的结构表征及相关参数的测定  112-114
      4.2.3.1 产物的红外光谱  112-113
      4.2.3.2 产物有关物理参数的测定及结果  113-114
    4.2.4 合成过程讨论  114-115
      4.2.4.1 溴化氯代甲苯的合成  114-115
      4.2.4.2 对溴二苯甲烷的合成  115
  4.3 分散介质对电流变流体性能的影响  115-121
    4.3.1 分散介质对电流变流体稳定性的影响  115-117
    4.3.2 分散介质对电流变流体性能的影响  117-121
  4.4 小结  121-122
  参考文献  122-123
第五章总结  123-125
致谢  125-126
攻读博士期间发表的论文  126

聚联苯撑乙烯及聚喹吖啶酮类电流变材料的合成与性能研究

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