溶致液晶型含二氮杂萘酮联苯结构共聚酰胺的合成与表征

【摘要】：全芳聚酰胺类,尤其是PPTA类聚合物的分子键具有很强的极性和分子间氢键作用,非常规整的分子排列,由于这样的结构特点,它们表现出了良好的热力学稳定性,优秀的耐化学性能,独特的溶致液晶性和优秀的机械性能。但是在另一方面也造成了它们在常用有机溶剂中的有限的溶解性和高的熔融温度,因而限制了它们的生产和应用。本文中我们将通过共聚的方法将含二氮杂萘酮结构二胺单体引入,进而将扭曲非共平面结构引入到全芳聚酰胺类共聚物的主链中,对它们的分子结构进行改性,在不破坏热力学稳定性和溶致液晶性的前提下,提高它在普通溶剂中的溶解性,进而提高他们的加工性能。 在本文的研究工作中,优化了1,2-二氢-2-(4-氨基苯基)-4-[4-(4-氨基苯氧基)-苯基].二氮杂萘-1-酮(DHPZ-DA)二胺单体的合成和提纯工艺,并采用红外(FTIR),核磁(NMR),质谱(MS),高效液相色谱(HPLC)等各种测试方法对该二胺单体进行了表征。同时本文采用低温溶液聚合法合成了一系列含二氮杂萘酮结构的共聚酰胺类聚合物,并进行了一系列实验来完善和改进该类共聚物的合成工艺。通过对聚合反应工艺中的温度,单体浓度,酸吸收剂,助溶盐含量,各单体比例等各种影响因素的优化研究,本文找到了最佳的聚合反应工艺条件,并合成出了具有较高特性粘度的共聚物。 通过FTIR,DSC,TGA,DTG,WAXD等分析手段对共聚物的特性粘度,溶解性能,耐热性能,结晶性能和溶致液晶性能进行了测试。结果表明,共聚物具有很高的特性粘度,最高可达5.30dL/g,并在NMP/1%LiCl和NMP中具有良好的溶解性能。其玻璃化转变温度T_g在297-351℃之间,5%热损失温度T_(d(5%))分别在480-516℃之间,而10%热损失温度T_(g(10%))则在502-532℃之间,最大热损失温度T_(max)在512-570℃之间,其热性能与现有的商用PPTA类全芳聚酰胺相当。通过引入含二氮杂萘酮结构和醚键,聚合物分子层间距可以增大10%左右,并且随着在NMP+1%LiCl和NMP溶解性的提高,大部分共聚物可在NMP+1%LiCl中产生溶致液晶态,部分共聚物甚至可以在纯NMP产生溶致液晶状态。这将为该类聚合物在纤维和膜上的应用提供广泛的前景。