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第三章 4聚苯醚和改性聚苯醚


3. PPO/聚烯烃共混 主要目的:提高PPO的加工性能。聚烯烃目前主要是聚 乙烯,增容剂为SEBS。 由于PPO具有自熄性,燃烧时发烟量很低,故这种合金 可作为电气绝缘材料,适用于飞机、轮船及公共场所的 建筑物等。
4. PPO/PPS共混
主要目的:改善PPO的成型加工性能、耐溶剂性和耐清 洗性。 PPO/PPS共混研制较晚,目前品种不多,共混物优良的 耐热性、耐燃性和加工性能可满足电器、电子设备的耐 热、阻燃和表面的焊接技术要求。共混方法可采用溶液 混合、乳液混合、粉末混合和熔融混炼等,其中以机械 熔融混炼为最好。
1. PPO/HIPS/弹性体共混
PPO的分子链刚性强,对缺口冲击强度敏感,加入 HIPS,缺口冲击强度有所提高。为进一步提高体系的冲 击强度,改善综合性能,往往加入弹性体做增韧改性剂。 常用的增韧改性剂:SBS、EPDM和SEBS等嵌段弹性体, 其中以SEBS的效果为好,不但改善了MPPO的冲击性能, 而且提高了耐老化性能。
二、改性聚苯醚(Modified Polyphenylene Oxide; MPPO) 或(Modified Polyphenylene Ether; MPPE)
MPPO是市场流通的商品,它们大都用高抗冲聚苯乙 烯(High Impact Polystyrene; HIPS)共混制成。 MPPO成型加工性优良,成型收缩率小、尺寸稳定性 好、吸水率低,具有良好的电性能和耐热性能,遇热水 不易分解、耐酸碱、密度低。 缺点 耐光性差、耐有机溶剂及耐油性差。
6. 无毒、相对密度小 MPPO在室温下的相对密度为1.06,熔融状态下则为 0.958,是工程塑料中相对密度最小的,且无毒。 7. 耐介质性 PPO和MPPO对酸、碱和洗涤剂等基本无侵蚀性;受力 情况下,矿物油及酮类、酯类溶剂会使其产生应力开 裂;脂肪烃、卤代脂肪烃和芳香烃等会使PPO和MPPO溶 胀乃至溶解。 8. 耐光性 PPO的耐光性差,长时间在阳光或荧光灯下使用产生 变色。因为紫外线能使芳香族醚的链结合断裂。
⑶ 力学性能
耐应力松弛、弹性疲劳、 冲击强度,高温下耐蠕变 性能为工程塑料之最。
⑷ 吸水性 低,不水解 优异 介电常数、tanδ ⑸ 尺寸稳定性 很小,且几乎不受温度、 好(刚性大,链间作用力强) ⑹ 电性能
频率的影响
非结晶聚合物
缺点
⑴ 熔体流动性差,加工困难。熔体流动接近于牛
顿流体,熔体粘度大,受剪切速率影响很小,无
3. 热学性能 PPO的HDT在1.86Mpa时高达190℃,马丁耐热为160℃, 熔程上限大于300℃,Td350℃以上,脆化温度-70℃。 PPO的HDT高,其熔融物的流变特性近乎于牛顿型流体, 即在剪切速度↗时,熔体粘度并不会↘,粘度大和流动 性差,要求必须采用很高的加工温度(315℃),致使加 工困难或能耗过大,况且PPO上的甲基易发生自氧化反 应。 MPPO保持了PPO优异的水解稳定性、尺寸稳定性和电学 性能。虽然HDT比PPO有所↘,但仍高于大部分实际应用 所要求的温度。MPPO的粘度比PPO明显↘,故改善了加 工性能,↘↘成本。
内 容 提 要
概 述
聚苯醚的合成
结构与性能
加工与应用
一、聚苯醚 (又称聚苯撑氧)
分子主链的重复单元中含有 1 定义: 化合物 链节的高分子
§5.1 概 述
2 化学名称: 聚2,6-二甲基-1,4-苯醚
Poly(2,6-Dimethyl-1,4-Phenylene Oxide or 2,6-Dimethyl-1,4-Phenylene Ether) 3 简称: PPO (Polyphenylene Oxide)或 PPE (Polyphenylene Ether)
4 化学结构式:
CH3
O
CH3
n
概述
聚苯醚是具有良好耐热性的非晶态热塑性工程塑料, 在宽广的温度范围内具有良好的机械性能和电性能, 尺寸稳定,适于制造精密制品。 且耐酸碱、耐化学性能优良,非常适于潮湿、高温、有 负载,且要求优良的机械性能、尺寸稳定性和电性能的场合。 主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、化 工管道、阀门和外科医疗器械等。 缺点:熔融温度高、熔体粘度大、流动性差、 加工困 难、制品易开裂;耐光性差;价格昂贵
两个甲基为疏水的 非极性基团,降低 PPO大分子的吸水性 和极性,封闭酚基的 两个活性点,使PPO 的分子结构中无可水 解的基团,耐水性好, 吸湿性低,尺寸稳定 性和电绝缘性好。 柔顺性醚键使耐 热性能较差
O
CH3
CH3
n
两个甲基封闭了酚基两个邻位的活性 点,使刚性↗,稳定性↗,耐热性和 耐化学稳定性↗。
聚苯醚的合成
一、单体2,6-二甲基苯酚(2,6-Dimethyl Phenol)的合成
从煤焦油、油页岩中分离
获取途径
O H
以间二甲苯为原料,经氯化或磺化,再碱解
以苯酚和甲醇等基本化工原料合成
C H 3 5 5 0 5 7 0 C O H+ 2 H 2 O C H 3 C a t . + 2 C H 3 O H
⑵ 由于PPOΒιβλιοθήκη 蠕变及松弛性好、强度高,适于制作螺 钉、紧固件及连接件。
⑶ PPO电性能好,可作为电机绕线芯子、转子、机壳 等以及电子设备零部件和高频印刷电路板。电器级PPO 可制作电视机调谐片和偏转系统元件、变压器屏蔽套、 微波绝缘等。 ⑷ 利用PPO的能进行蒸汽消毒,可代替不锈钢用于外 科手术器械。 ⑸ PPO薄膜在电气、机电、航空、航天等工业领域也 有广阔的应用前景。
2,6-二甲基苯酚 CuBr 二正 丁胺 甲苯
醋酸
醋酸酐
甲醇

混 合 釜
聚 合 釜
萃 取 器
封 端 釜 混 合 器
氧气
氢氧化钠
分 离 器 沉 淀 釜
洗 净 釜
干 燥 机
料 仓
回收胺 氧化剂
结构与性能
一、 PPO的结构
刚性酚基芳香环量大,分子链的刚性与分子链间作用力使分子链段 内旋转困难,导致其熔点↗,熔体粘度↗,流动性↘,加工困难。
酮醇化重组
H C 3 O H O C H 3 H C 3 C H 3 O O H C H 3 HC 3 C H 3
偶合
H C 3
H C 3
O H C H 3
H C 3
O
C H 3
2 ,6 二甲基苯氧自由基
二聚体 环己二烯酮化合物
O O H H 3C C H 3
O
H 3C
C H 3
H 3C
C H 3 O
主要应用领域:汽车、电子仪器以及电动机械的耐热 部件、蒸汽消毒设备零部件。
2. PPO/PA共混 MPPO的耐有机溶 剂和耐油性差 PA在机械强度、耐有机溶剂及耐 油性、耐磨性方面性能优异
提高MPPO的耐有机溶剂和耐油性
PPO/PA合金是PPO合金中发展极快、品种很多的一类 合金。性能优异,主要用于汽车零部件,如车轮盖、发 动机周边部件。 PPO是非晶非极性材料,而PA是结晶极性高分子材料, 二者完全不相容。合金化的关键是解决二者的相容性问 题。为此,需加入适量的增容剂提高共混改性效果。
CH3
O
无毒、透明、相对密度小(1.06) 耐以水为介质的药品 ⑴ 物理性能 耐溶剂性差
CH3
n
⑻ 耐化学药品性
⑵ 耐热性(高)
⑺ 阻燃性
好 不熔滴, 离火自熄
二、PPO 的性能 特点
Tg210℃,HDT190℃,Tm260℃, Td330℃,长期使用温度160~150℃,线膨胀系数 在塑料中最低。
2. 良好的机械性能及热性能 分子链中大量芳香环结构的存在使其刚性较强,机械 强度较高,耐蠕变性优良,受温度变化影响甚小。 PPO含量对MPPO的热性能有显著影响,随PPO含量↗, 热变形温度、玻璃化温度和软化点温度↗。 3. 优异的耐水性 MPPO为非结晶性热塑性塑料,Tg高。在通常使用温度 范围内,分子链段处于被冻结状态,运动能量低。主链 中无大的极性基团,偶极矩不发生分极,耐水性非常好, 是工程塑料中吸水率最低的品种。MPPO在热水中长时间 浸泡,其物理性能几乎不下降。
PPO和MPPO的加工与应用
一、 加工特性
1. 干燥 在23℃的水中放置24h,PPO的吸水率仅为0.03%,MPPO 为0.07%,吸水性小,因此,对于外观要求不高的制品, 可不经预干燥处理。对浸水冷却的粉状PPO,最好干燥 后再加工,要求精密度高的制品更是如此。 2. 熔体特性 PPO粘度大,熔融体流动性差。PPO的熔体粘度受温度 影响很大,尽管熔融时PPO和MPPO呈现某些非牛顿型流体 的特性。
4. 成型收缩率
PPO的成型收缩率仅为0.6-0.8%,而且恒定;MPPO的 成型收缩率为0.2-0.7%,因此可用于制造尺寸精密制品。 5. 废料利用和二次加工
PPO的废料能反复加工,一般可重复三次,其物理、 力学性能都没有明显降低。能用旋转焊、超声焊、热焊、 溶接(溶剂为氯仿、二氯乙烯等)、粘接等方法相互连 接起来;能在PPO表面印刷、上漆、真空镀金属和电镀 等。
二、PPO的改性 约90%的PPO是在改性后应用的,被誉为最成功的工程 塑料改性品种之一。 至今,PPO改性的科研开发仍很活跃,新品种、新工艺 以及新型增容剂等助剂层出不穷。 一定比例的高抗冲PS与PPO熔融共混所得到的MPPO,在 保持PPO原有的综合性能基础上,大大改善了成型加工 性能,从而产品得以推广应用,也推动了PPO的工业发 展。
二、应用
1. PPO的应用
PPO具有优异的耐高低温性、良好的力学性能、低吸水、 尺寸稳定性好、抗蠕变性高。长期使用温度范围为127~121℃。
尤其是突出的耐水和耐蒸汽性能,能经受蒸汽消毒。 因此,PPO最宜应用于潮湿而有载荷、并具备优良电绝 缘性能、力学性能和尺寸稳定性的场合。
⑴ 机电工业中可用作在较高温度下工作的齿轮、轴 承、凸轮、泵叶轮、水泵零件。还可代替不锈钢用来 制造各种化工设备及零、部件。
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