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新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成与性能研究

作　者: 赵鑫
导　师: 李彦锋
学　校: 兰州大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚酰亚胺芳杂环噻唑芳香二胺
分类号: O633.5
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

芳香聚酰亚胺具有优异的热和化学稳定性、机械性能和电学性能。因此,被广泛应用于诸如电子、封装材料、复合材料和膜材料等领域。为了满足应用的需求,旨在改善聚酰亚胺材料加工性能所进行的可溶性聚酰亚胺的开发和研究已成为目前聚酰亚胺功能化研究中最引人注目的热点之一。本论文简述了聚酰亚胺的发展过程,并在分子水平上探讨了可溶性聚酰亚胺分子所具有的结构特点以及各种改性方法对聚酰亚胺溶解性的贡献,同时以分子设计理论为基础,结合噻唑环的特点,设计并合成了新型含噻唑芳香二胺,通过元素分析、红外光谱、核磁共振和质谱等现代表征手段对单体结构进行了分析和鉴定。基于新单体与四种芳香四酸二酐—4,4’-(六氟异丙基)双邻苯二甲酸酐(6FDA),3,3’,4,4’-二苯醚四羧酸二酐(ODPA),3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)和均苯四酸二酐(PMDA)的聚合反应,制备了四个系列可溶于有机溶剂的聚酰亚胺,利用元素分析、红外光谱、核磁共振等表征手段对所得聚酰亚胺的结构进行了全面的表征确认,并利用紫外及可见光谱、TGA、DSC、广角X射线衍射、有机溶剂中的溶解性能、机械性能和介电性能等测试对相应聚酰亚胺树脂或薄膜的各种性能进行了全面讨论。本论文的主要研究工作如下:1.以对-硝基苯乙酮为原料,经三步反应成功制备了新型含噻唑环有机二胺单体—2-胺基-5-(4-胺基苯基)-噻唑(AAPT),并与一系列芳香二酐,通过“一步法”制备了一个系列新型主链含噻唑环聚酰亚胺。这些聚酰亚胺在极性有机溶剂中都有比较好的溶解性能,同时具有优异的热性能和机械性能。玻璃化转变温度及氮气氛围中和空气氛围中5%质量损失温度分别为276.7-301.5℃及451-492℃和422-440℃,拉伸强度及断裂伸长率分别为94-122 MPa和5-18%;同时这些聚酰亚胺薄膜还具有比较低的介电常数,10 MHz频率下为3.12-3.38。2.以对-羟基苯乙酮与对/邻氯硝基苯为起始原料,经四步反应成功合成了两种新型含噻唑环醚芳香二胺单体—2-胺基-5-[4-(4’-胺基苯氧基)苯基]-噻唑(APPT)和2-胺基-5-[4-(2’-胺基苯氧基)苯基]-噻唑(AAPPT),并与一系列芳香二酐通过“一步法”聚合制备了两个系列新型主链含噻唑环聚酰亚胺。对位二胺(APPT)制备的系列聚酰亚胺薄膜具有优异的热性能,机械性能和较低的介电常数,其玻璃化转变温度及氮气氛围下5%质量损失温度分别为268.2-328.8℃和452-507℃,拉伸强度及杨氏模量分别为105.4-125.3 MPa和2.19-2.48 GPa,10 MHz频率下介电常数为3.01-3.44。而邻位二胺(AAPPT)制备的系列聚酰亚胺由于邻位醚键的强供电子作用而具有了优异的耐热氧化稳定性。其玻璃化转变温度及氮气氛围下5%质量损失温度分别为216.0-288.6℃和422-474℃。3.又以对-羟基苯乙酮与3-三氟甲基-4-氯硝基苯为起始原料,经四步反应成功合成了一种新型含三氟甲基噻唑二胺单体—2-胺基-5-[4-(2’-三氟甲基-4’-胺基苯氧基)苯基]-噻唑(AFAT),与一系列芳香二酐通过“一步法”聚合制备了一个系列新型主链含噻唑环氟聚酰亚胺。这个系列的聚酰亚胺有较高的分子量、优异的溶解性能和热性能以及较低的介电性能。其玻璃化转变温度和空气氛围下5%质量损失温度分别为204.9-282.5℃和393-440℃,100 KHz频率下介电常数为2.53到3.10。含三氟甲基的聚酰亚胺较不含三氟甲基的聚酰亚胺具有更好的溶解性和更低的介电常数。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-44
  1.1 聚酰亚胺材料概述  9-10
  1.2 聚酰亚胺的发展史与研究现状  10-14
  1.3 聚酰亚胺的合成方法概论  14-21
    1.3.1 聚合过程中或在大分子反应中形成聚酰亚胺  14-18
    1.3.2 用带酰亚胺环的单体缩聚而成聚酰亚胺  18-21
  1.4 聚酰亚胺材料性能与单体分子结构之间的关系  21-31
    1.4.1 聚酰亚胺的分子结构  21-22
    1.4.2 聚酰亚胺材料的耐热性和热稳定性  22-24
    1.4.3 聚酰亚胺材料的力学性能  24-25
    1.4.4 聚酰亚胺材料的光学性能和溶解性能  25-28
    1.4.5 聚酰亚胺材料的介电性能  28-31
  1.5 聚酰亚胺的应用类型及其发展趋势  31-35
    1.5.1 聚酰亚胺薄膜  31-32
    1.5.2 聚酰亚胺复合材料  32-35
  1.6 本学位论文的选题指导思想与研究意义  35-37
  参考文献  37-44
第二章 2-胺基-5-(4-胺基苯基)-噻唑及其新型聚酰亚胺的合成与性能研究  44-66
  2.1 引言  44-45
  2.2 试剂、原料的合成及仪器表征  45-46
    2.2.1 所用试剂  45-46
    2.2.2 表征仪器  46
  2.3 新型含噻唑芳香二胺单体的合成  46-48
  2.4 新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成  48-49
    2.4.1 聚酰亚胺的制备  48-49
    2.4.2 热酰亚胺化制备聚酰亚胺薄膜  49
  2.5 结果与讨论  49-63
    2.5.1 目标单体AAPT的组成、结构及其影响因素  49-55
    2.5.2 含噻唑聚酰亚胺的合成、结构与性能  55-58
    2.5.3 聚酰亚胺的溶解性能及其溶解机理  58-60
    2.5.4 聚酰亚胺的X-射线衍射分析  60-61
    2.5.5 聚酰亚胺的热分析及其热性能  61-62
    2.5.6 聚酰亚胺的机械性能和介电性能  62-63
  2.7 本章小结  63-64
  参考文献  64-66
第三章 2-胺基-5-[4-(4'-胺基苯氧基)苯基]-噻唑及其新型聚酰亚胺的合成与性能研究  66-90
  3.1 引言  66-67
  3.2 实验部分  67-68
    3.2.1 试剂、原料及测试  67-68
  3.3 新型含噻唑芳香二胺单体的合成  68-71
  3.4 新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成  71-72
  3.5 结果与讨论  72-87
    3.5.1 目标单体APPT的组成、结构及其影响因素  72-79
    3.5.2 含噻唑聚酰亚胺的合成、结构与性能  79-87
  3.6 本章小结  87-88
  参考文献  88-90
第四章 2-胺基-5-[4-(2'-胺基苯氧基)苯基]-噻唑及其新型聚酰亚胺的合成与性能  90-112
  4.1 引言  90-91
  4.2 实验部分  91-92
    4.2.1 试剂、原料及测试  91-92
  4.3 新型含噻唑芳香二胺单体的合成  92-95
  4.4 新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成  95-96
    4.4.1 聚酰亚胺的制备  95-96
    4.4.2 热酰亚胺化制备聚酰亚胺薄膜  96
  4.5 结果与讨论  96-109
    4.5.1 目标单体AAPPT的组成、结构及其影响因素  96-103
    4.5.2 含噻唑聚酰亚胺的合成、结构与性能  103-109
  4.6 本章小结  109-110
  参考文献  110-112
第五章 2-胺基-5-[4-(2-三氟甲基-4-胺基苯氧基)苯基]-噻唑及其新型聚酰亚胺合成与性能  112-136
  5.1 引言  112-113
  5.2 实验部分  113-114
    5.2.1 试剂、原料及测试  113
    5.2.2 仪器及方法  113-114
  5.3 新型含噻唑芳香二胺单体的合成  114-117
  5.4 新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成  117-119
    5.4.1 聚酰亚胺的制备  118
    5.4.2 热酰亚胺化制备聚酰亚胺薄膜  118-119
  5.5 结果与讨论  119-133
    5.5.1 目标单体AFAT的组成、结构及其影响因素  119-125
    5.5.2 含噻唑聚酰亚胺的合成、结构与性能  125-133
  5.6 本章小结  133-134
  参考文献  134-136
结论与展望  136-138
攻读博士学位期间完成的研究论文  138-140
致谢  140

新型主链含噻唑环聚酰亚胺的合成与性能研究

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