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功能性聚芳酰胺和聚酰亚胺的制备及其结构性能的研究

作　者: 莫鑫
导　师: 李光
学　校: 东华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚芳酰胺聚酰亚胺制备表征溶解性光学透明性
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

聚芳酰胺和聚酰亚胺是两类重要的高性能聚合物,具有优异的热性能、良好的力学性能以及尺寸稳定性等特点,在航空航天、石油化工、机械、电子等高科技领域得到了成功的应用。但这类耐高温聚合物通常难熔难溶,加工性能差。除此之外,制得的薄膜常呈黄色或棕色、光学透明性差,使其在液晶显示、光波导中的应用也受到很大的限制。本论文从芳香二胺单体的合成出发,利用一步缩聚制备了四个体系功能性聚芳酰胺和聚酰亚胺。成功地将多烷基、三氟甲基取代基、扭曲非共平面结构引入分子主链中,制备出了三大类具有优良溶解性和光学性能,同时保持高玻璃化转变温度和优异热稳定性的聚合物。全文主要研究工作如下：1.由自制芳香二胺单体α,α-(3,5-二甲基-4-氨基)苯基甲烷和三种商品化芳香二酸,经一步Yamazaki磷酰化缩聚,制备了一个体系三种分子主链上含多烷基的新型聚芳酰胺(PA-1-PA-3)。FT-IR和1H-NMR分析证实所合成的聚芳酰胺与所设计的聚合物结构完全一致。该系列聚芳酰胺的特性粘度在0.64-0.83dL/g,具有相对较高的分子量。它们在室温下可以溶于NMP、DMAc、DMF、DMSO等强极性有机溶剂中；同时,不溶于四氢呋喃、甲苯等溶剂中,表示其同时还具有一定的耐常规溶剂性能。DSC和TG分析表明该类聚合物的玻璃化转变温度在338℃以上,在空气中10%热失重温度在380℃以上。此外,该类聚芳酰胺所制薄膜还具有良好的光学和力学性能：截断波长在312-345 nm之间,500nm处的透过率均超过80%；拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率分别在64-81MPa、1.4-2.0 GPa和8.0-9.22%之间。2.由二胺单体α,α-(3.5-二甲基-4-氨基)苯基甲烷和四种商品化芳香二酐,经一步法高温缩聚,制备了一系列聚酰亚胺(PI-1-PI-4)。其特性粘度在0.57-0.84 dL/g。该系列聚酰亚胺表现出优良的溶解性能：室温下不仅可以溶于强极性溶剂中,而且还可以溶于低沸点溶剂中,溶解度可达10wt%。由该聚合物所制得的薄膜无色透明,在341-365 nm之间,500 nm处的透过率均超过85%。此外该系列聚酰亚胺还表现出良好的热稳定性和力学性能,在氮气中热失重10%时的温度均超过500℃,在900℃时的质量残余均超过48%；聚酰亚胺薄膜的拉伸强度、断裂伸长率和起始模量分别在62-95MPa、8.6%-15.5%和2.2-3.5 GPa之间。3.合成了两种含三氟甲基和环已烷结构的芳香二胺单体,1,4-双(4-胺基-2-(三氟甲基)苯氧基)环已烷和1,4-双((4-胺基-2-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环已烷,并由这两种二胺单体分别与两种商品化二酐单体经缩聚反应制得了四种含三氟甲基和含环已烷结构的新型聚酰亚胺(PI-la,PI-1b和PI-2a,PI-2b)。用FT-IR、1H-NMR及元素分析证实了所合成二胺单体及所得到聚合物的结构。DSC和TG对聚合物热性能分析结果表明：玻璃化温度Tg在337-369℃之间,氮气中10%热失重温度在412℃以上；溶解性实验显示该类聚合物溶解性能优良,室温下能溶解在N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、氯仿等有机溶剂中,溶解度大于10wt%,而且溶解速度很快；对聚合物薄膜紫外-可见吸收光谱测试表明：该类聚酰亚胺薄膜的截断波长在325-340 nm之间,450 nm处的透过率均超过80%。

全文目录

中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-37
  1.1 引言  13
  1.2 聚芳酰胺的性能、应用及合成  13-16
    1.2.1 聚芳酰胺的性能和应用  13
    1.2.2 聚芳酰胺的合成方法  13-16
      1.2.2.1 酰氯化反应  14-15
      1.2.2.2 直接酰胺化  15-16
  1.3 聚酰亚胺的的性能、应用及合成  16-20
    1.3.1 聚酰亚胺的性能  16-18
    1.3.2 聚酰亚胺的应用  18-19
    1.3.3 聚酰亚胺的合成方法  19-20
  1.4 聚芳酰胺和聚酰亚胺的改性研究  20-29
    1.4.1 主链中引入柔性结构单元  21-22
    1.4.2 引入大的或者多的侧基或侧链  22-26
    1.4.3 引入扭曲的非共平面结构  26-29
  1.5 本文研究的设想和主要内容  29-30
  参考文献  30-37
第二章含3,3’,5,5’-四甲基结构的聚芳酰胺的合成与表征  37-50
  2.1 引言  37
  2.2 实验部分  37-40
    2.2.1 实验原料  37
    2.2.2 二胺单体的制备  37-38
    2.2.3 聚芳酰胺的制备  38
    2.2.4 聚芳酰胺薄膜的制备  38-39
    2.2.5 表征及性能测试  39-40
  2.3 结果与讨论  40-47
    2.3.1 二胺单体的表征  40-42
    2.3.2 聚芳酰胺的表征  42-43
    2.3.3 聚合物性能分析  43-47
      2.3.3.1 溶解性能  43-44
      2.3.3.2 光学性能  44-45
      2.3.3.3 热性能  45-46
      2.3.3.4 力学性能  46-47
      2.3.3.5 凝聚态结构  47
  2.4 本章小结  47-48
  参考文献  48-50
第三章含3,3’,5,5’-四甲基结构的聚酰亚胺的合成与表征  50-61
  3.1 引言  50
  3.2 实验部分  50-52
    3.2.1 实验原料  50-51
    3.2.2 二胺单体的制备  51
    3.2.3 聚酰亚胺的制备  51-52
    3.2.4 聚酰亚胺薄膜的制备  52
    3.2.5 表征及性能测试  52
  3.3 结果与讨论  52-59
    3.3.1 聚酰亚胺的表征  52-54
    3.3.2 聚合物性能分析  54-59
      3.3.2.1 溶解性能  54-55
      3.3.2.2 光学性能  55-56
      3.3.2.3 热学性能  56-57
      3.3.2.4 力学性能  57-58
      3.3.2.5 凝聚态结构  58-59
  3.4 本章小结  59
  参考文献  59-61
第四章含有三氟甲基侧基及环已烷结构的新型聚酰亚胺的合成与表征  61-77
  4.1 引言  61
  4.2 实验部分  61-65
    4.2.1 实验原料  61-62
    4.2.2 二胺单体的制备  62-63
      4.2.2.1 二胺单体1的制备  62
      4.2.2.2 二胺单体2的制备  62-63
    4.2.3 聚酰亚胺的制备  63-64
    4.2.4 聚芳酰胺薄膜的制备  64
    4.2.5 表征及性能测试  64-65
  4.3 结果与讨论  65-74
    4.3.1 二胺单体的表征  65-66
    4.3.2 聚酰亚胺的表征  66-68
    4.3.3 聚合物性能分析  68-74
      4.3.3.1 溶解性能和凝聚态结构  68-70
      4.3.3.2 力学性能和光学性能  70-71
      4.3.3.3 热性能  71-73
      4.3.3.4 介电性能、接触角和吸水率  73-74
  4.4 本章小结  74-75
  参考文献  75-77
第五章全文结论及今后研究设想  77-79
  5.1 结论  77-78
  5.2 今后研究设想  78-79
    (1) 静电纺丝  78
    (2) 燃料电池  78
    (3) 介电材料  78-79
附录一: 攻读硕士期间发表论文及学术成果情况  79-81
附录二: 致谢  81

功能性聚芳酰胺和聚酰亚胺的制备及其结构性能的研究

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