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《大连理工大学》 2002年
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高性能聚芳酰胺类材料的设计、合成及性能研究

朱秀玲  
【摘要】: 本文从分子设计出发,以自制的二氮杂萘联苯酚酮为原料,设计合成结构新颖的系列二胺新化合物Ⅰ~Ⅳ,通过分子三维立体结构模拟表明系列新二胺为扭曲、非共平面结构,取代基性质对扭曲角影响顺序为:Ph>Cl>CH_3>H,扭曲角对聚合物的性能有较大的影响。系列二胺新化合物Ⅰ~Ⅳ可作为合成聚合物的新单体。 新二胺Ⅰ~Ⅳ分别与多种商售芳香二酸进行直接缩聚反应,成功合成了四个系列含扭曲、非共平面结构的高分子量的杂环聚芳酰胺2~5。重点考察了二胺单体的结构对聚合物性能的影响,系统研究了系列聚合物2~5的各项物理性能,结果表明聚合物具有优异的耐热性能(Tg=298.6~356.0℃)、热稳定性(T_(10)=405.3~458.7℃in N_2)、力学性能和电绝缘性能,在非质子型极性有机溶剂中可溶解并得到韧性的薄膜。二胺单体和聚合物的结构以MS,FTIR,~1HNMR等手段进行了表征。 从分子设计出发,以自制的杂萘联苯酚酮为原料,设计合成含杂萘联苯结构的系列新二酸化合物1~4。通过分子空间结构模拟,表明新二酸为扭曲、非共平面结构。新二酸1~4分别与多种商售芳香二胺进行直接缩聚反应,进而成功合成了四个系列含扭曲、非共平面结构高分子量的杂环聚芳酰胺。重点考察了二酸单体的结构对聚合物性能的影响,系统研究了系列聚合物的各项物理性能,结果表明新型聚合物的玻璃化温度为283~317℃,10%热质量损失温度为445~486℃ (in N_2),力学性能和电绝缘性能良好。在非质子型极性溶剂中可溶解得到韧性的薄膜。FTIR,~1HNMR证明化合物1~4、聚合物结构与设计结构完全一致。 设计将扭曲、非共平面的杂萘联苯结构引入聚芳酰胺亚胺的大分子主链,获得了耐高温、可溶解的新型聚芳酰胺亚胺。分别以新二胺Ⅰ~Ⅳ和预先制得的含双酰亚胺环的二酸2进行缩聚反应,获得高分子量的系列新型杂萘联苯型聚芳酰胺酰亚胺Pla~d~PIVa~d,FTIR,~1HNMR研究证明聚合 摘 要 物结构正确.考察了单体的结构对聚合物性能的影响,研究了聚合物的各项 物理性能,表明聚合物具有优异的耐热性能和耐热稳定性(Tg叫 刁55 oC)、良好的力学性能和电绝缘性能,在非质子极性有机溶剂中可溶解. 以自制的含双酚亚胺环的新二酸3,4II~IV分别和商品二胺a~d进行 缩聚反应,合成了系列新型杂蔡联苯型聚芳酚胺酚亚胺P3a~d~ P4II~IVa~d,聚合物的特性粘度为 0.17刀.33 dLg-’.聚合物易溶于非质子型 极性有机溶剂如 DMAC,NMP和间甲酚,在氯苯、甲苯等溶剂中不溶解. FTIR,‘HNMR表征了聚合物结构. 分别以新二胺 I~IV和多种商售二胺与商品二酸进行三元共聚合反应, 制得了含杂素联苯结构的系列聚醚酚胺三元共聚物PIa~d~PWa*.研究 结果表明:引入扭曲、非共平面的杂素联苯结构和醚键使共聚物的溶解性 得到显著改善,并保持了聚芳酚胺树脂高的耐热性能和良好的力学性能.考 察了不同二胺单体配比对共聚物性能的影响,改变共聚物中新二胺结构单 元的比例,可获得不同物理性能的聚合物. 聚芳酚胺是重要的分离膜材料.本文首次研究了含杂茶联苯结构的聚 醚酚胺(PA)膜分离性能。研究了该膜的气体分离性能,结果表明 PA膜 的渗透系数与商用聚矾仪SF)在同一水平,膜的选择系数为 a*;山-91二,a 。;/。。二6.4,ac。。;c。。二47.l,b商用聚矾膜(PSF)均有不同程度的提高.研究 了不同纯气体的渗透系数、扩散系数和溶解度系数对温度的关系,表明上 述关系均能很好地符合Arrehnius公式. 制备了新型聚芳酚胺超滤膜,研究了溶剂、聚合物浓度、添加剂种类 和操作压力等因素的影响。选用DMAc作溶剂,膜的水通量可达85 L·m ’·h”’,对 PEG12000的截留率为 1000。以乙二醇单甲醚(EGME)为添 加剂制得了截留率高且水通量大的优异的超滤膜,对 PEG 2000的截留率 为 100%,水通量为 177Lmm”’h‘。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TQ326

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【引证文献】
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【参考文献】
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