聚（二羟基苯撑并吡啶双咪唑）纳米粒子的合成及其应用研究

【摘要】：聚(二羟基苯撑并吡啶双咪唑)(PIPD)作为新型刚性聚苯撑吡啶并二咪唑(Polypyridobisimidazole)系聚合物之一,由于其具有独特的氢键网状结构,表现出优异的力学性能、耐热性能及阻燃性能,从而使它受到广泛的关注。迄今为止对PIPD聚合物的研究都集中在PIPD纤维上,而对PIPD聚合物的性能、形态及其应用研究尚未有报道。本论文在实验制得2,5-二羟基对苯二甲酸和2,3,5,6-四氨基吡啶单体的基础上,拓展了PIPD聚合物的合成改性及应用研究方面进行了多种工作。首先,通过加入少量的第三组分合成了PIPD聚合物纳米颗粒,并研究了PIPD纳米粒子的形态及与其耐热性能;其次,研究了PIPD聚合物对尼龙的结晶行为的影响;最后研究了PIPD纳米粒子对环氧树脂的增强增韧作用。本论文的主要工作有: 1、采用高温溶液缩聚的方法,引入无机纳米材料(碳纳米管和纳米碳酸钙),以2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTA)和2,3,5,6-四氨基吡啶(TAP)为单体进行原位聚合成得到尺寸均匀的PIPD聚合物纳米粒子(f-CNTs-PIPD和nano-CaCO_3-PIPD)。通过电镜观察了不同含量的第三组分和溶剂对PIPD纳米粒子的粒径及其分布的影响。发现随着f-CNTs含量的增加,f-CNTs-PIPD纳米粒子的直径逐渐变大;在溶剂甲基磺酸(MSA)的作用下,能得到粒径分布更加均一的纳米粒子。通过热失重和电子能谱的结果对无机纳米材料的作用机理进行了探讨,分析表明酸处理后的碳纳米管(f-CNTs)和纳米碳酸钙(nano-CaCO_3)在聚合过程中起到一个成核剂的作用。 2、通过溶液共混的方法来制得了PIPD/尼龙6共混物和PIPD/尼龙66共混物。通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(PLM)和广角X射线衍射(XRD)研究了PIPD纳米粒子的加入对尼龙的结晶行为的影响。结果分析表明,PIPD的加入降低了尼龙的结晶温度和熔融温度,增大了尼龙球晶的尺寸。在PIPD/尼龙6共混物中PIPD纳米粒子的引入有利于尼龙6的α晶型的生长;而PIPD/尼龙66共混物的主要晶型为α晶型,PIPD的加入有利于尼龙66的α晶型的晶胞体积的增大,并且表现出有利于尼龙66晶体沿(100)面生长的趋势。 3、通过溶液共混法制得了PIPD/环氧树脂共混物,通过动态粘弹性测试(DMTA)、拉深性能测试、扫描电镜(SEM)研究了PIPD/环氧树脂的热学和力学性能。结果表明当PIPD聚合物纳米粒子含量为0.7wt%时,PIPD/环氧树脂的拉伸强度提高了195%,拉伸模量提高66.13%,断裂伸长率提高了53.78%,PIPD纳米粒子的增韧增强的协同效应非常显著。