目前中國材料行業面臨的重大問題是,少有企業在做基礎研究,為何?基礎研究投入大,辛苦成功被抄襲仿冒的可能性大!那么把基礎研究交給高校科研機構,可是學術能夠跟產業結合嗎?如果眾多科研狗還停留在發文章,騙取國家經費的時候,我強烈建議您看看本文,蹇錫高院士給大家做了一個很好的榜樣,高分子理論課本上了講了很多,分子結構設計,但是真正理解,到實踐,到產業化的人很少!
視頻:蹇錫高院士的主要工作介紹
在視頻中,蹇院士介紹了自己的主要工作之一:分子結構設計出發,將全芳環、扭曲非共平面的二氮雜萘酮聯苯結構成功引入到聚芳醚分子主鏈(請見視頻解說),開發出既耐高溫又可溶解的新型高性能工程塑料。傳統的特種塑料為何難以加工?綜合性能優異的PI(聚酰亞胺)為什么不耐濕熱?我們根據蹇院士所做的工作一步步來講:
一、傳統高性能塑料的死結:性能與加工相矛盾?
傳統高性能工程塑料(即常見的特種塑料如PEEK、PI等)存在一個非常致命的問題:耐熱性和溶解性呈反向變化關系!即耐熱溫度越高,溶解性越差,甚至不溶解。致使其合成難,成本高,加工方式單一(只能熱成型加工),應用領域受限。研制一類耐熱溫度高、溶解度良好的新型高性能工程塑料就顯得很有必要了。
蹇院士課題組通過從結構創新和工藝創新兩個方面改進,具如下:
二、1個單體引發的革命!
圖:DHPZ的分子式
如上圖,為DHPZ的分子式。DHPZ的苯環與二氮雜萘酮環不在同一個平面上,相互扭曲一個角度,具有扭曲、非共平面的結構特點;其活性類似雙酚單體。
圖:酰亞胺五元氮雜環的分子式
DHPZ的二氮雜萘酮結構與聚酰亞胺中的酰亞胺環類似。但其六元二氮雜環的化學穩定性顯著優于酰亞胺五元一氮雜環,克服了酰亞胺環耐濕熱性能差的缺點。
在聚合物中引入DHPZ結構,使聚合物也具有扭曲非共平面結構;阻礙結晶,利于溶解。實現了既耐高溫又可溶解,解決了傳統特種塑料不能兼具耐高溫可溶解的技術難題。
三、如何將研究成果產業化?
1.改良PEEK
圖:聚芳醚合成反應中引入DHPZ
在之前的基礎上,在聚芳醚中引入DHPZ結構,新型聚合物PPESK熱變形溫度比PEEK高100℃。在250℃時拉伸強度是PEEK的2.5倍多。PPESK能溶于NMP(N-甲基吡咯烷酮)、CHCl3 和DMAc(二甲基乙酰胺)溶劑中,而PEEK只能溶于濃硫酸中。該成果獲得2003年國家技術發明二等獎!
2.引入腈基,擴大應用
圖:雜萘聯苯聚醚腈砜系列(PPENS)的合成
在之前的基礎上,引入腈基,開發出聚芳醚腈類聚合物,其使用溫度高達300℃。與不含氰基的聚芳醚相比,由于強極性氰基側基引入,帶來如下優點:
1)熱性、阻燃性、機械強度等均有顯著提高;
2)可利用其氰基進行交聯或功能化改性。應用領域更廣。
這項成果獲得2011年國家技術發明二等獎!
3.未來應用
不久的將來,這類材料將大規模應用在航天、航空、船舶、測量等領域;如果流動性等加工性能得到進一步改善,未來,這類材料將會逐步走進我們日常的生活中!
關于蹇錫高院士
蹇錫高,重慶市江津人,1969年本科畢業于大連理工學院,1981年獲大連理工大學碩士學位,1988-1990年留學加拿大Mc Gill大學。現任大連理工大學教授、高分子材料研究所所長、遼寧省高性能樹脂工程技術研究中心主任。2013年當選為中國工程院院士。
他帶領團隊研究高性能工程塑料領域存在的關鍵科學問題。經反復探索,在國家科技攻關、“863”計劃以及省市項目的支持下,他從分子結構設計出發,將全芳環、扭曲非共平面的二氮雜萘酮聯苯結構成功引入到聚芳醚分子主鏈(請見視頻解說),并通過相應聚合工藝技術攻關,攻克了多項關鍵技術,研制成功結構全新、綜合性能優異、耐高溫可溶解的雜萘聯苯型高性能工程塑料,解決了傳統高性能工程塑料不能兼具耐高溫可溶解特性的技術難題。
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