D3h对称性导向聚酰亚胺分子设计及超分子聚集体可调控构筑

摘要

聚酰亚胺作为综合性能最优异的有机高分子材料之一，高分子主链中主要包含酰亚胺环或酞酰亚胺环的一类聚合物，由于其突出的综合性能而被广泛应用到航空航天，高性能纤维，介电材料，膜分离和液晶显示器等领域，但其也受到成本高昂，难加工，有颜色等缺点的限制。基于分子设计理论，以D3h对称性导向的三蝶烯为基本构筑单元，引入三蝶烯大的内自由体积和三维刚性结构，合成新型的蝶烯二酐单体用于改善聚酰亚胺的不足，以期得到不但成本较低，加工性能良好，而且综合性能突出的聚酰亚胺产品。本文基于这一理念进行了较深入的研究，通过合成两种蝶烯二酐单体，并分别与三种不同的联苯型二胺单体聚合得到相应的六种新型的全芳香型聚酰亚胺，通过对比高分子主链中微小结构的变化而导致的性能差异，有助于研究聚合物结构与性能的关系。具体内容包括如下三部分：
　　1、基于分子设计理论，以二氯甲烷和邻二甲苯为原料，经三氯化铝催化发生傅克烷基化反应，进一步发生芳构化反应生成2,3,6,7-四甲基蒽，然后分别与邻氨基苯甲酸和2-氨基-4,5-二甲氧基苯甲酸原位生成的苯炔发生Diels Alder反应生成相应的四甲基三蝶烯骨架，再经过KMnO4氧化生成相应的四酸，最后经溶剂热脱水结晶得到二酐晶体。通过FT-IR、NMR，熔点测试（DSC测试），质谱，X射线单晶衍射等手段表征相应化合物的结构，证明相应化合物结构的正确性；同时利用TGA测试对比了两种蝶烯二酐单体的热稳定性差异。
　　2、利用得到的两种蝶烯二酐单体（2,3,6,7-三蝶烯四甲酸二酐和14,15-二甲氧基-2,3,6,7-三蝶烯四甲酸二酐）分别与三种联苯型的二胺单体（3,3’5,5’-四甲基联苯胺，3,3’-二甲基联苯胺，2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯）通过一步法制备得到六种含不同取代基的芳香型聚酰亚胺，利用FT-IR、1H-NMR对其结构进行表征确认；同时利用DSC、TGA、GPC、BET、UV-vis、XRD等对其进行了相应性能的测试。
　　3、对比由两种不同蝶烯二酐单体之间或不同二胺单体之间微小结构变化而导致的性能差异，分析其聚酰亚胺结构与性能之间的关系。
　　本文设计的蝶烯二酐单体合成路线简短，合成原料便宜易得，运用溶剂热合成方法能够方便实现蝶烯四甲酸的脱水成酐，实现三蝶烯二酐单体及其衍生物的合成和纯化，有利于通过蝶烯二酐单体结构的微小变化实现对聚酰亚胺的性能调控，有助于理解聚合物的结构与性能之间的关系。

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第1章 绪论

1.1 聚酰亚胺简述

1.2 蝶烯及其应用

1.3 蝶烯结构在聚酰亚胺中的应用

1.4 本课题聚酰亚胺改性的思想

1.5 本论文的研究内容及创新点

第2章 14,15-二甲氧基-2,3,6,7-三蝶烯四甲酸的合成及蝶烯二酐的溶剂热合成

2.1 引言

2.2 实验药品

2.3 测试仪器及方法

2.4 14,15-二甲氧基-2,3,6,7-三蝶烯四甲酸的合成

2.5 蝶烯二酐的溶剂热合成

2.6 结构表征、分析及性能研究

2.7 结果与讨论

2.8 本章小结

第3章 基于蝶烯四甲酸二酐的新型聚酰亚胺的合成与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 聚酰亚胺PI1-PI6的结构表征及性能研究

3.4 本章小结

第4章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果