聚醚醚酮(PEEK)釆用亲核取代法制备,以4,4'-二氟苯酮、对苯二酚和碳酸钠为原料,二苯砜为溶剂合成制得。4,4'-二氟二苯甲酮与对苯二酚在二苯砜溶剂中,在碱金属碳酸盐作用下进行缩聚反应制得[1-4]。反应式如下:
缩聚反应在150℃到340℃温度下进行。起始反应温度要低,以免损失对苯二酚,并减少副反应。然后缓慢升温,聚合物溶解在溶剂中,反应在320℃下进行完全。聚合物分子量取决于二氟二苯甲酮和对苯二酚的摩尔比。两者通常为等摩尔比,若前者稍过量,则聚合物含有氟端基。氟端基比酚端基的热稳定性更好。碱金属碳酸盐通常为碳酸钾和碳酸钠的混合物,用量是lmol对苯二酚至少有2mol(碱金属碳酸盐相应于一个轻基至少对应一个碱金属原子)。若碱金属碳酸盐与对苯二酚的比值过低,则聚合物呈脆性;若比值过高,则会引发一系列副反应而影响产品性能。[5-6]
缩聚反应在带有搅拌装置的不锈钢反应器中进行。将原料二氟二苯甲酮、对苯二酚及溶剂二苯砜(量约为二氟二苯甲酮的2到3倍)加入聚合反应器中,通氮气并加热升温至180℃,加入无水碳酸钾碳酸钠的混合物,升温至200℃保温lh,尔后再升温至250℃保温15min,最终升温至320℃ 保温2.5h。反应物从反应器中放出,经冷却后至滞留罐。聚合物与无机盐、氟化钠、氟化钾、二苯砜一起结晶析出。反应中生成的二氧化碳与氮气经冷凝后放空。
罐中的聚合物粉碎后,用500pm孔径的细筛筛选,然后送入萃取器,用丙酮萃取,悬浮液经第一及第二压滤机压滤,并用丙酮洗涤沉淀,以除去二苯砜。滤液送至结晶器,回收二苯砜与丙酮;滤饼送至水洗罐,用水洗涤,以除去聚合物中的无机盐。悬浮液经第三、第四压滤机压滤后,滤液送溶剂回收,压滤后的滤饼送至干燥器经干燥后制得产品。[7-8]
二、加工与改性技术
PEEK作为热塑性工程塑料的代表,具有易加工的特点,适用于常规的塑料加工成型方式包括注塑成型、挤出成型、模压成型和熔融纺丝等。近年来,随着3D打印技术的不断发展,PEEK作为可3D打印的聚合物材料代表,拓展了其在医疗器械领域的应用,尤其是复杂形态结构的医用植入物方面。[9-10]
在加工技术发展的同时,随着市场对材料性能要求的提高,近年来对PEEK的改性和复合成为了行业发展的热点。除了在聚合阶段通过改变聚合物主链的成分和/或比例,以此进行化学改性外,在工业上常见的性能提升方法还包括表面改性、共混改性以及复合填充增强等,同时改善PEEK的成型加工性能和使用性能。[11-12]
表 PEEK的主要改性方法
化学改性 | 在聚合的过程中引入化学基团改变聚合物的分子链和结构 |
表面改性 | 在材料成型后在材料表面进行化学或者物理处理,改善表面的结构的特性 |
共混改性 | 与其他聚合物进行共混 |
填充增强 | 添加无机材料,金属粉末,纳米粒子增强剂等。 |
参考文献:
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