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新型不对称芳香二胺及响应聚酰亚胺的制备及性能研究

卜倩倩  
【摘要】:芳香聚酰亚胺具有优异的综合性能,被广泛应用于微电子、航天航空等高新领域。为了满足应用的需求,旨在改善聚酰亚胺材料加工性能所进行的可溶性聚酰亚胺的开发和研究已成为目前聚酰亚胺功能化研究中最引人注目的热点之一。 本论文简述了聚酰亚胺的发展过程及合成特点,并在分子水平上探讨了可溶性聚酰亚胺分子所具有的结构特点以及各种改性方法对聚酰亚胺溶解性的贡献,结合各种有利的因素,设计合成了一系列不对称芳香二胺,通过元素分析、红外光谱、核磁共振和质谱等现代分析表征手段对单体结构进行了分析和鉴定。基于新单体与四种芳香二酐的聚合反应,制备了三个系列可溶性聚酰亚胺,利用元素分析、红外光谱等表征手段对所得聚酰亚胺的结构进行了全面的表征确认,并利用TGA、DSC、广角X射线衍射、溶解性能、吸水性能和介电性能等测试对相应聚酰亚胺树脂或薄膜的各种性能进行了全面讨论。本论文的主要研究工作如下: 1.以间甲氧基苯甲酰氯为起始原料,经四步反应成功制备了不对称二胺单体3,4'-双(4-氨基苯氧基)-苯甲酮(BABP),并与一系列芳香二酐,通过“二步法”制备了一系列新型可溶性聚酰亚胺。制备的系列聚酰亚胺展示了极好的成膜性能力和热稳定性,能很好溶解于DMAc,DMA和NMP等有机溶剂中。 2.在无水碳酸钾做催化剂的条件下,3,4'-二羟基苯甲酮首先与2-氯-5-三氟甲基硝基苯发生亲核取代反应,生成二硝基化合物,随后,二硝基化合物通过催化氢化反应高产量制备新型的含氟不对称二氨基化合物3,4'-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮(BATB),并将其与一系列芳香二酐通过“两步法”聚合制备了新型可溶性聚酰亚胺。由二胺BATB制备的系列聚酰亚胺薄膜有着极好的热学稳定性,其玻璃化转变温度为225-267℃,所得聚酰亚胺在空气中的10%质量损失温度大于543℃,氮气中800℃下的物质残存量大于47%;粘度系数大于0.73dL/g,极易溶解于极性质子溶剂和低沸点溶剂中;吸水率为0.07-0.34wt%。与结构类似的对称二胺制备的聚酰亚胺相比,BATB制备的聚酰亚胺有更好的溶解性能,更低的介电常数和吸水性。 3.以9-芴酮为起始原料,经四步反应成功合成了一种新型含芴含氟不对称二胺单体2'-(4-氨基苯氧基)-7'-(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)-螺(芴-9,9'-氧杂蒽),并将其与一系列芳香二酐通过“两步法”聚合制备了一个系列新型含氟含芴不对称聚酰亚胺。制备得到的聚酰亚胺的固有粘度为0.56-1.23dL/g,极易溶解于极性质子溶剂及一些低沸点溶剂中,具有极好的热稳定性,5%质量损失温度大于477℃,玻璃化转变温度为222-278℃,介电常数为2.83-3.02(1KHz),广角XRD测试显示了这一系列聚酰亚胺呈无定性态。


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