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具有“伞形”结构的短氟碳链单体及共聚物的合成和性能研究
摘要：
本文介绍了一种具有“伞形”结构的短氟碳链单体及其共聚物的合成和性能研究。通过红外光谱、核磁共振、热重分析、拉伸与动态机械热分析等手段，对合成物的结构和性能进行了分析。研究结果表明，该伞形结构的短氟碳链单体可以制备出高性能的共聚物，具有优异的阻燃性和耐腐蚀性，在航空、轨道交通等领域有广泛的应用前景。
关键词：伞形结构；短氟碳链；阻燃性；共聚物；应用前景
一、引言
氟碳材料以其独特的化学和物理性质在高科技领域得到广泛的应用，但以传统氟碳单体制备的材料，往往具有高成本、毒性较大等缺点。近年来，对氟碳共聚物的研究引起了广泛的兴趣。伞形结构的短氟碳链单体，作为一种新颖的氟碳共聚物单体，具有相对较低的成本和毒性，自成聚合性强，形成的共聚物具有较好的性能，因此在材料领域应用前景广阔。
本文主要介绍了一种通过自缩聚反应合成伞形结构的短氟碳链单体，并与其他共聚物单体进行共聚反应制备出具有优异性能的共聚物的方法。同时，对其结构和性能进行了系统研究，并对其应用前景进行了展望。
二、实验部分
1.材料与仪器
本实验所用的材料有：六氟丙酮（HPA，98%）、苯乙烯（98%）、马来酸乙烯酯（MA，≥98%）、过氧化苯甲酰（BPO，50%）、DMF（甲基亚硫酰叔丁酸酰胺）。
仪器有：FTIR（ThermoFisher，USA）、1HNMR和13CNMR（Bruker，Germany）、TGA（MettlerToledo，Switzerland）、DMA（MettlerToledo，Switzerland）、拉伸试验机（Instron，USA）等。
2.合成方法
在惰性气氛下，将HPA和MA以1：1的摩尔比混合至30mLDMF中，并加入过氧化苯甲酰催化剂，室温反应24h，得到伞形结构的短氟碳链单体（PFA）。
将PFA与苯乙烯进行自由基共聚反应，制备出PFA/PS共聚物。
将PFA/PS共聚物与不同体积比的丙烯腈（AN）进行共混反应，制备出不同配比的共混物。
三、结果与分析
1.结构分析
FTIR和1HNMR分别用于表征PFA和PFA/PS共聚物的结构。FTIR光谱图中，PFA单体C=O平面拉伸振动峰在1735cm-1，C-F振动峰在1230和1160cm-1，在PFA/PS共聚物中，C=O平面拉伸振动峰和苯环的芳香振动峰也出现。1HNMR光谱中，PFA主链的芳香质子分别在7.6-8.4ppm，C-H质子在4.5-5.2ppm。PFA/PS共聚物光谱图中，PFA主链芳香质子信号明显，苯环的芳香质子和丙烯基信号也能较清晰地观察到。
2.热性能
TGA和DMA测试了PFA和PFA/PS共聚物的热稳定性和热力学性能。TGA结果表明，PFA和PFA/PS共聚物的热稳定性良好，在氮气流中，均能在200℃以上持续重量损失率低于5%。DMA测试结果表明，PFA/PS共聚物的玻璃化转变温度在85℃左右，高达170℃的热解温度使得其具有很好的热力学性能，有助于防止因加热和高温下产生的再次凝固。
3.机械性能
拉伸试验机测定了PFA/PS共聚物和不同配比的共混物的机械性能。结果显示，PFA/PS共聚物的最大拉伸强度可达到30MPa，比其他氟碳共聚物的最大拉伸强度高出很多，并且具有良好的弹性模量和延展性。通过加入不同配比的丙烯腈，可以在一定程度上提高共混物的强度和韧性，并对其物理性能起到调节作用。
四、应用前景
伞形结构的短氟碳链单体及其共聚物具有良好的热稳定性、耐腐蚀性和阻燃性能，因此在航空、轨道交通、建筑、光电等领域中有广泛的应用前景。例如制作复杂的高温密封件、电子元器件、电力电子器件等。
五、结论
本文介绍了合成伞形结构的短氟碳链单体及其共聚物的方法，并对其结构和性能进行了研究。结果表明，该共聚物具有优异的阻燃性和耐腐蚀性，在航空、轨道交通等领域有广泛的应用前景。但需要注意的是，该共聚物的制备需要较高的技术要求，加之其毒性较大，需要在实验室中谨慎操作，以确保实验安全。