聚酰亞胺的分子設(shè)計(jì)合成及其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)具有優(yōu)良的綜合性能,已成功應(yīng)用于航空航天、納米、微電子、分離膜、液晶等領(lǐng)域,被稱為“解決問題的能手”。但普通型PI難溶難熔,加工困難。另外,還存在能耗太大、生產(chǎn)周期太長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化率偏低等缺點(diǎn),限制了其廣泛應(yīng)用。
　　 研究人員已從共混、主鏈共聚、引入功能化側(cè)基和合成含新型結(jié)構(gòu)的PI等方面對(duì)PI進(jìn)行了改性,以提高PI的性能;另外,由于微波輻射代替常規(guī)加熱有著加快反應(yīng)速度和提高轉(zhuǎn)化率等優(yōu)點(diǎn),已成功用于PI的合成、PI三階

2、非線性光學(xué)性能、PI復(fù)合材料固化及PI-稀土金屬離子配合物等方面的研究。
　　 本文從分子設(shè)計(jì)的角度,設(shè)計(jì)并合成了以均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3',4,4'-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)、4,4'-二氨基二苯砜(DDS)和4,4'-二氨基二苯醚(ODA)為單體的四元共縮聚PI,在合成過程中采用微波輻射,考慮微波輻射功率、反應(yīng)溫度、時(shí)間和二胺配比等因素對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率和特性粘數(shù)的影響,將微波輻射和常規(guī)加熱的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,測(cè)試了產(chǎn)

3、物溶解性,并測(cè)試了不同二胺配比的PI膜的力學(xué)性能,考察了聚合物熱穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定性,詳述了紅外內(nèi)標(biāo)法表征亞胺化度的方法,并用該法研究了亞胺化過程。結(jié)果表明:微波輻射能促進(jìn)并加快反應(yīng)進(jìn)行、提高產(chǎn)率,2h即可達(dá)到最大產(chǎn)率87％,最佳的微波輻射功率和反應(yīng)溫度分別為600w和45℃。隨著ODA/DDS比值增大,反應(yīng)活性增大,產(chǎn)物特性粘數(shù)增大,PI膜的拉伸強(qiáng)度增大,斷裂伸長(zhǎng)率增大。溶解性測(cè)試顯示聚酰胺酸的溶解性較好。亞胺化度的研究表明,聚酰胺酸

4、亞胺化度與溫度有關(guān)系,一定溫度下亞胺化進(jìn)行到一定程度就停止,提高溫度亞胺化才能繼續(xù),亞胺化主要溫度范圍為150～250℃。微波輻射固相亞胺化反應(yīng)比常規(guī)加熱固相亞胺化速度快、效率高,在90℃亞胺化度可達(dá)15.5％;;PI在空氣和N2氛中失重10％的溫度分別為550℃、580℃,800℃時(shí)殘余量分別為0％和39％,具有優(yōu)良的熱氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。PI薄膜起始降解溫度為520℃,800℃時(shí)的殘留量為22％,可用于高溫領(lǐng)域。
　　 另

5、外,還設(shè)計(jì)并合成了一種超支化聚酰亞胺(HBPI)。以三(4-氨基苯基)胺為三胺單體,PMDA為二酐單體,采用A2+B3的方法,通過控制單體摩爾比和滴加順序,以及使用化學(xué)亞胺化和熱亞胺化法,分別合成了酐基封端超支化聚酰亞胺(AD-HBPI)和氨基封端超支化聚酰亞胺(AM-HBPI),并有效地抑制了凝膠的形成。另外,因HBPI外圍有大量的氨基或者酐基官能團(tuán),本研究首次將HBPI用作環(huán)氧樹脂(EP)的固化劑,以提高EP的耐熱性。采用紅外光譜(

6、FT-IR)、核磁共振(1H-NMR)、X射線衍射(XRD)、熱失重分析(TGA)等對(duì)所合成的HBPI及改性環(huán)氧固化物進(jìn)行了表征與測(cè)試。結(jié)果表明:化學(xué)亞胺化法和熱亞胺化法都能制得HBPI,但化學(xué)亞胺化法制得的HBPI溶解性更好;AM-HBPI分子鏈中仍有少量酐基存在,AD-HBPI分子鏈中也有少量氨基存在;AM-HBPI和AD-HBPI的分子鏈間距分別為0.3558nm和0.3862nm,氮?dú)夥罩?0％的失重溫度分別是580℃和550℃