含萘环聚芳醚酮类聚合物的分子设计与性质研究

聚芳醚酮类聚合物由于具有优良的韧性、刚性、耐热等级高、电性能、耐辐射、耐疲劳、耐冲击、抗蠕变、耐磨、耐热水性好、阻燃性好等特点,在热塑性聚合物领域占有极其重要的位置. 其在航空、航天、核能、信息、通讯、电子电信、石油化工、机械制造、交通运输等高技术领域得到了成功的应用,使许多行业的传统产品实现了更新换代. 但是,随着世界新科技革命的蓬勃发展,对高性能结构材料提出了日益广泛而迫切的需求. 为进一步提高聚芳醚酮类聚合物的性能,满足某些特殊情况下的使用要求（例如高温、高辐照强度）,可考虑对它们进行交联. 使之可用热塑性材料的加工方法加工,然后通过热处理使其交联,成为热固性材料. 这就要求在聚合物链上引入可交联基团. 常用的脂肪族交联基团的引入,会导致聚芳醚酮耐热性降低,而只能寻找芳香族可交联集团的聚合物材料. 本论文的目的是从分子结构设计的角度出发,从合成新型单体入手,采用芳香族亲核取代路线,将萘环引入聚合物主链,合成出一系列的新型含萘环聚芳醚酮类聚合物,并在不同条件下对它们进行了热处理. 主要利用电子自旋共振（ESR）这一手段对热处理前后的聚合物进行了表征,研究了聚合物的热交联行为,讨论了萘环的化学环境、键连位置及热处理条件对交联反应的影响,建议了交联机理.  我们首先通过1,5-萘二酚(1, 5-DHN)、对苯二酚(HQ)和4,4′-二氟二苯酮（DFB）合成了新型高分子量的含1,5-萘二醚型聚醚醚酮无规共聚物（1, 5-PENEK）,发现随着萘环含量的增加, 聚合物的玻璃化转变温度升高,熔点和结晶能力逐步下降直至消失,力学性能略有下降但基本保持了聚芳醚酮的优良性能. 这些性质的改变是由于萘环的引入在增加了聚合物的刚性同时也降低了聚合物的有序排列能力所致. 通过DSC、WAXR检测发现,1,5-萘二醚型聚醚醚酮共聚物（1, 5-PENEK）在320 ℃以上空气中处理时发生交联反应. 随着萘环含量的增加及处理温度的提高,聚合物的玻璃化转变温度增高速度加快,结晶性能迅速下降. 当处理前后的样品用ESR定量检测时,发现只存在一个单峰,并且其幅度随着热处理时间的增加而增强. 增加微波功率时发现在谱峰的两侧有很弱的突起,采用微波功率饱和特性方法证实样品中存在两种性质不同的R₁和R₂自由基. 在不同气氛下处理该样品, 从它们ESR谱的特征推测：R₁可能是RO·自由基,采用改变ESR的检测温度的方法进一步确认热处理后的聚合物中R₁自由基是RO·自由基,并且经计算证明RO·自由基是与分子链中萘环相关联的. 我们又通过模拟的方法证实R₂自由基是萘环自由基. 通过作RO·自由基、萘环自由基的自旋浓度随热处理时间变化曲线发现两种自由基都参与了交联反应,只是RO·自由基的浓度明显高于萘环自由基,在交联反应中起主导作用. 两种自由基浓度随热处理时间的变化趋势相同,即在热处理前期自由基浓度随时间增长很快,中期则变化不大,而后呈线性增长. 可以认为,热处理前期,主要是自由基的激发过程,而中期生成的自由基大多以双基终止的方式被消耗掉,对浓度增长没有明显贡献. 玻璃化转变温度与此相反的变化趋势支持这一结论. 恒温热失重实验表明,1, 5-PENEK在340 ℃热处理时出现明显的分解,说明1, 5-PENEK在340 ℃发生的热交联反应是裂解交联反应. 通过以上测试结果,得到了含1,5-萘二醚型聚醚醚酮共聚物（1, 5-PENEK）在340 ℃热交联的反应机理.  第二部分,我们从1,4-萘二甲酸出发,经过酰氯化反应及付氏酰基化反应,合成了新型单体1,4-二（4-氟苯羰基）萘(1, 4-BFN). 并且利用所得到的单体和4,4′-二氟二苯酮（DFB）与对苯二酚（HQ）通过亲核取代反应合成了含1,4-萘环的聚醚醚酮酮共聚物（1, 4-PEEKNK）. 测试结果表明, 随着萘环含量的增加,1, 4-PEEKNK的玻璃化转变温度升高、 溶解性变好、熔点下降直至消失,1,4-PEEKNK均聚物的力学性能与PEEK相近. 经260 ℃以上热处理的1, 4-PEEKNK均聚物的热分析实验结果表明,随着处理时间或处理温度的增加, 玻璃化转变温度升高. 从而推断在空气中热处理时聚合物发生了交联反应. 结合FT－IR、NMR等提出,交联反应是发生在萘环上的交联反应. 我们同样采用了ESR技术对1, 4-PEEKNK聚合物的交联反应类型进行了研究. 发现自由基的浓度随着处理时间的增加同样经历了3个阶段,由此我们判断1,4-PEEKNK聚合物发生的交联反应为自由基交联反应. 在不同热处理温度下1, 4-PEEKNK聚合物处理8 h的自由基自旋浓度表明在260 ℃和300 ℃热处理时自由基浓度增加的很少,与未处理样品的浓度几乎一致,认为这是由于在此温度下自由基激发的速度相对缓慢, 因此自由基全部被用于交联反应. 但是在340 ℃热处理时,自由基的浓度则急剧增加,这说明在此温度下自由基产生的速度极快甚至也产生了其它种类自由基,虽然聚合物也发生了交联反应,但是有大量自由基剩余而不利于材料的进一步使用. 恒温热失重结果说明在260 ℃热处理的1, 4-PEEKNK未发生裂解反应. 通过以上结果,给出了1, 4-PEEKNK在260 ℃热交联的交联反应机理.  总之,我们合成了两种不同萘环化学环境及不同键连接方式的聚合物,对其基本性质进行了研究,并且发现两种聚合物在空气中于一定温度下热处理时都发生了交联反应,但交联方式及交联机理各有不同. 就综合性质及应用要求而言,我们认为1,4-萘二酮型聚合物PEEKNK作为全芳香性可交联聚芳醚酮类材料应具有很好的应用前景.     

低密度聚乙烯光引发交联机理——Ⅰ.ND自旋捕捉ESR研究

本文使用2,3,5,6——四甲基亚硝基苯(ND)自旋捕捉ESR技术研究了由二苯甲酮(BP)光引发低密度聚乙烯(LDPE)交联自由基中间体。采用改变温度和熔融态检测到分辨得很好的氮氧自旋加合物自由基ESR谱的方法,鉴定了光引发LDPE交联前躯自由基主要为仲碳自由基,-CH_2-CH-CH_2-和叔碳自由基,由此可见,BP引发LDPE的光交联反应主要发生在仲碳和叔碳原子上。     

二苯甲酮与醚、酚的光化夺氢反应中产生的活泼自由基的ESR研究

本文用具立体阻碍的自旋捕捉剂2,4,6,-三-特丁基亚硝基苯(TBN)与ESR相结合的方法,研究了七种醚及四种酚与二苯甲酮光化夺氢反应中产生的活泼自由基。从ESR谱的超精细结构确证,处于激发态的二苯甲酮是夺取醚中接于氧的a-c上的氢; ?₂CO+ROR→?₂?OH+R'?HOR 而且只是其中的R'?HOR可与TBN形成(Ⅰ)型及(Ⅱ)型两种自由基加合物: 对于苯酚衍生物而言,二苯甲酮却是夺取酚羟基中的质子而形成R-O-?,它与TBN也形成(Ⅰ)型及(Ⅱ)型两种自由基加合物。     

MgF2单晶中位错缺陷的ESR谱——含有130多条谱线

在室温条件下的激光晶体MgF2单晶中，实验发现含有130多条峰的电子自旋共振(ESR)波谱。两个样品分别取自MgF2单晶生长放肩的尖锥部位和MgF2:Co晶体.两个样品都没有经过任何辐照处理。两个样品具有相同的各向异性谱，说明掺入的Co2+离子引发了与MgF2单晶放肩部位相同的位错缺陷，产生了相同的多核固体自由基。这些顺磁固体自由基稳定且寿命长，产生的ESR信号是各向异性的。经初步计算拟合，谱线是由三种不同的多核自由基产生的。当磁场方向与晶体的[100]或[010]方向平行时，样品的ESR信号出现在磁场从0.2292特斯拉（T）到0.4654T的0.2362T范围内（相当于能带宽度为0.233eV）。最窄的线宽DH约为0.00128特斯拉，DH相当于相邻的能级差,是非常小的，仅有1.85×10-7eV 或1.46×10-3cm-1。这一事实表明其基态简并度是相当高的，在不太高的直流磁场下几乎是一个由准连续的能级组成的能带。这有可能成为可调谐的固体激光介质的新基点。     

聚芳醚酮分子结构、极化及分子量的谱学研究

聚芳醚酮在硫酸溶液中产生极化的主要因素包括质子化作用,硫酸的各种作用表明:聚合物分子结构中酮基含量或分子链刚性度增加时,硫酸的极化作用也增加,表现为UV谱红移,最大吸收峰显著增强及测得粘度与实际植偏差增大.由此,首次提出粘度法测定分子量时应考虑分子刚性等的影响.而用¹⁹F NMR法对合成的大量聚芳醚酮化合物分子量的定量研究表明,此法可由测得的端基氟含量,进而得到高聚物的数均分子量,无需校正.     

用DETC铁络合物捕捉生物组织NO自由基的ESR波谱解析

一氧化氮自由基具有重要的生物功能.但目前使用的自旋捕捉剂都不能有效捕捉细胞和组织体系产生的一氧化氮自由基.实验表明DETC(mononitrosyl dithiocarbamate)铁络合物可以有效捕捉生物体系产生的一氧化氮自由基,但用DETC在细胞和组织体系检测一氧化氮自由基需要在低温检测.生物组织在低温的ESR波谱和DETC铁络合物捕捉的一氧化氮自由基的ESR波谱互相重叠,使谱线解析有一定困难.本文分析了用DETC铁络合物检测细胞和组织体系产生一氧化氮自由基在低温可能出现的ESR信号的g值和超精细分裂常数.提出了克服使用DETC铁络合物检测生物体系一氧化氮自由基困难的方法.     

低密度聚乙烯光引发交联机理——Ⅱ.BNB自旋捕捉ESR研究

在光引发剂二苯甲酮(BP)存在下,紫外光辐照低密度聚乙烯(LDPE)所形成的自由基中间体已被自旋捕捉剂2,4,6-三特丁基亚硝基苯(BNB)所捕捉,其自旋加合物自由基已为电子自旋共振(ESR)所特征。现已检测和鉴定到二种自旋加合物:一种是叔碳自由基;另一种是仲碳自由基。它们分别是由BP的激发三重态从LDPE链的支化点和亚甲基团上夺氢所形成的自由基中间体同自旋捕捉剂BNB反应生成的。上述的证据表明:LDPE的光引发交联点主要发生在叔碳和仲碳原子上,且H-型交联点占主导地位。     

低密度聚乙烯光引发交联机理——Ⅱ.BNB自旋捕捉ESR研究(英文)

在光引发剂二苯甲酮(BP)存在下,紫外光辐照低密度聚乙烯(LDPE)所形成的自由基中间体已被自旋捕捉剂2,4,6-三特丁基亚硝基苯(BNB)所捕捉,其自旋加合物自由基已为电子自旋共振(ESR)所特征。现已检测和鉴定到二种自旋加合物:一种是叔碳自由基;另一种是仲碳自由基。它们分别是由BP的激发三重态从LDPE链的支化点和亚甲基团上夺氢所形成的自由基中间体同自旋捕捉剂BNB反应生成的。上述的证据表明:LDPE的光引发交联点主要发生在叔碳和仲碳原子上,且H-型交联点占主导地位。     

冷冻固化红细胞膜的ESR波谱

本文介绍了两种获得红细胞膜ESR谱的方法。第一种是采用冷冻干燥红细胞膜、图谱是在室温条件下测得;第二种是选用冷冻固化新鲜红细胞膜样品。两种方法得到的ESR谱都显示出随磁场取向的各向异性,这很可能是由于细胞膜之间的磁相互作用所引起的。在图谱中出现的g=2.0062信号是由于超氧离子自由基激发产生的其他自由基信号。     

二苯酮与胺光化夺氢反应的时间分辨ESR研究

报道用时间分辨ESR方法研究了二苯酮与典型胺类化合物体系紫外光照产生的瞬态自由基及化学诱导动态电子自旋极化效应,得出的反应机理可与稳态ESR结果相互补充.     

我国电子自旋共振波谱领域研究的50年回顾

电子自旋共振(ESR)波谱技术自1944年发现以来, 迄今已在化学、物理学、地矿学、生物学特别是生命科学的许多领域得到广泛应用, 由初期主要是对长寿命和稳定的顺磁粒子的研究, 逐步发展到对短寿命中间体, 反应过程机理和动力学的研究. 在检测技术方面, 日益广泛 地采用自旋标记, 自旋捕捉, 时间分辨ESR, 电子 核双共振, 化学诱导动态电子极化(CIDE P )和自旋回波等技术. 我国从20世纪50年代末开始将ESR技术用于某些研究领域, 80年代以后有了很快的发展. 以下仅就我国几十年来ESR研究领域的几个主要方面予以简单回顾. 有关文献引用只限于国内外核心刊物正式发表的论文和报道.     

辐射引发和热引发聚丙烯腈纤维的自由基研究

利用电子自旋共振波谱(ESR)研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在真空以及空气气氛下经γ射线辐射引发和热引发产生的自由基. 结果显示,室温下辐射诱导产生的自由基为烷基自由基和聚亚胺自由基,辐射产生的自由基随温度升高而衰减,150 ℃时完全消失. 热引发的自由基则依赖于温度和氧气, 当PAN纤维在空气中加热至190 ℃时,开始产生多烯自由基,而且自由基浓度随温度升高而迅速增加;在真空条件下,PAN纤维经加热只产生极少量自由基. 据此推断,热引发自由基是通过热氧化反应产生的,这类自由基位于共轭结构上,其共轭长度也随温度的升高而增加.     

Electron Spin Resonance study of gamma irradiated MA-AMPS copolymer

Electron Spin Resonance (ESR) spectra of gamma irradiated methylacrylamide-2-acrylamido-2-methyl-propanesulphonic acid (MA-AMPS) are recorded to identify the radical species formed during the irradiation of the copolymer. The ESR spectrum observed for irradiated MA-AMPS copolymer at liquid nitrogen temperature (LNT) (77 r K) is an asymmetric triplet; while the spectrum observed at room temperature (RT) is a quintet. The intensity distribution of both the spectra deviated appreciably from the expected theoretical values. Computer simulations are employed to analyze the ESR spectra observed at different temperatures. The triplet spectrum observed at LNT is simulated to be a superposition of component spectra arising from macroradicals of the type～CH 2 - \dot {\rm C} H-CH 2 ～ (I), radicals of the type \dot {\rm C} H 2 SO 3 H (II), and peroxy radicals (III). In contrast, the RT spectrum is simulated to be a superposition of component spectra arising due to radicals I, II, III together with the component quartet assigned to methyl radicals ( \dot {\rm C} H 3 ). The formation of such free radicals in irradiated copolymer is discussed.     

Composition,temperature and radiation induced changes in gamma irradiated AAAMPS copolymer

Effect of composition, temperature and radiation dose in gamma irradiated acrylamide-2-acrylamido-2-methyl propane sulphonic acid (AA) copolymer has been investigated by electron spin resonance (ESR) and fourier transform infrared (FTIR) techniques. ESR spectra of gamma irradiated AA copolymer have been recorded under different conditions. The observed ESR spectra are analysed by computer simulation techniques, to separate the constituent component spectra. Magnetic parameters employed to simulate the component spectra enabled the identification of corresponding free radicals. The AA copolymer with low acrylamide content composed of macroradicals of the type ?CH₂?CH?CH₂? and methyl radicals (CH₃) whereas the copolymer with high acryl amide content possess methyl radicals and radicals of the type ?CH₂?C(CONH₂)?CH₂?/CH₃?C?CH₃. Reasons for the variation in the formation of free radicals have been explained. The observed changes in ESR spectra of irradiated AA copolymer at higher temperatures are thought to be due to the recombination of free radicals. Formation of free radicals found to be enhanced with the increase in dose of irradiation. FTIR spectra of pure and irradiated copolymers have also confirmed the previous results.     

心肌缺血再灌过程中自由基生成动力学的ESR研究

采用自旋捕捉ESR方法研究了大白鼠和豚鼠在心肌缺血再灌注中自由基产生的动力学过程,首次测出复氧过程中羟基自由基变化的动力学曲线.同时结果还表明,在缺血后的复氧过程中除羟基·OH之外,还有碳中心自由基R·和可能的烷氧基RO·的生成,但其中·OH基生成的量经常是最大的.由于·OH基具有很高的反应活性,因而不可避免地就会通过它的夺氢作用导致碳中心自由基R的生成.特别有趣的是,羟基产生过程中其ESR信号的强度总是随着时间不断地增强而达到一最大值,然后又逐步地缓慢衰减到趋于几乎消失,此现象迄今尚未见有文献报道.我们建立了可近似表征羟基自由基生成速度的上升和下降过程的动力学方程.自由基生成与变化过程亦可近似地用退化分支链反应图式来予以描述.在所提出的链反应过程图式中,可对于通常所谓脂质体过氧化的过程,给予以合理的解释.     

含碳纳米颗粒凝胶玻璃的制备及其量子尺寸效应

以磷酸三乙酯、硝酸铝和正硅酸乙酯为原料,通过它们的不完全水解制备了含有有机基团的xAl₂O₃-xP₂O₅-100SiO₂(x=0.25—3)凝胶.在空气中在400℃或450℃或在氮气中从300到700℃对凝胶进行热处理,使凝胶中的有机基团炭化,从而得到含有碳纳米颗粒的xAl₂O₃-xP₂O₅-100SiO₂(x=0.25—2)凝胶玻璃.利用吸收光谱和TEM对含有碳纳米颗粒的凝胶玻璃进行了表征,结果发现随着碳纳米颗粒尺寸的减小吸收边向高能边移动,这种现象是由碳纳米颗粒中电子和空穴的量子限制效应引起的.电子衍射表明凝胶玻璃中的纳米碳为非晶碳. 关键词： 溶胶凝胶法 碳 纳米颗粒     

Site-Specific Detection of Free Radicals in Membranes Using an Amphiphilic Spin Trap

The detection of free radicals and related species has attracted considerable attention in recent years due to their critical roles in physiological and pathological processes. Among the various methods for the detection of free radicals, electron spin resonance coupled with spin-trapping technique has been an effective approach for the characterization and quantification of free radicals due to its high specificity. In this study, we designed and synthesized a novel amphiphilic spin trap, 2-(diethoxyphosphoryl)-2-heptadecanyl-3,4-dihydro-2H-pyrrole-1-oxide (DEPHdPO), from 5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide with a long hydrocarbon chain at the C-5 position of the pyrroline ring, providing the amphiphilic character. The free-radical-trapping ability of DEPHdPO was evaluated by capturing hydroxyl radicals (^·OH), superoxide anions (\( {\text{O}}_{2}^{ \cdot - } \)), and carbon-centered free radicals in a model membrane prepared from sodium dodecyl sulfate (SDS). The results indicate that the hydrophobic hydrocarbon chain of DEPHdPO can be inserted into the inner core of SDS micelles, and the hydrophilic nitronyl functional moiety is located on the surface layer. Thus, various free radicals, including ^·OH radicals, \( {\text{O}}_{2}^{ \cdot - } \) anions, and carbon-centered radicals could be site-specifically detected near the membrane surface. Moreover, DEPHdPO could be successfully located on the surface of thylakoid membranes, and the nearby photo-initiated \( {\text{O}}_{2}^{ \cdot - } \) anions could be trapped site-specifically.     

Identification of free radicals in irradiated MA-AMPS copolymer

Methacrylamide-2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid (MA-AMPS) (80:20) is subjected to n -irradiation and the generated free radicals are identified by the electron spin resonance (ESR) technique. The ESR spectrum "obser"ved for MA-AMPS (80:20) has shown a complex line shape, indicating the presence of more than one free radical. Computer simulations are employed to unravel the radicals responsible for the ESR spectrum. Radical "identification has been done with the magnetic parameters employed during computer simulation. The observed ESR spectrum of the copolymer is simulated to be a superposition of component quartet, quintet and singlet spectra. The component spectra are assigned to ～CH 2 - . (CONH 2 )-CH 2 ～ or ～CH 2 - . H-CH 2 ～, . H 3 radicals, "respectively. The possibility of formation of such radicals in the sample material has been discussed.