新型系列化不对称芳香二胺及其可溶性聚酰亚胺的设计，合成与性能研究

摘要

芳香聚酰亚胺具有优异的热和化学稳定性、机械性能和电学性能。因此，被广泛应用于诸如电子、封装材料、复合材料和膜材料等领域。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，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-3，3'，4，4'-二苯醚四羧酸二酐(ODPA)，3，3'，4，4'-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)，4，4'-(六氟异丙基)双邻苯二甲酸酐(6FDA)和均苯四酸二酐(PMDA)的聚合反应，制备了四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，并利用紫外及可见光谱、TGA、DSC、广角X射线衍射、溶解性能、机械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2-氯-5-硝基吡啶为起始原料，经两步反应成功制备了含氟不对称二胺单体5-氨基-2-(4-氨基苯氧基)-吡啶(AAP)，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。这些聚酰亚胺在极性有机溶剂中都有比较好的溶解性能，同时具有优异的热性能和机械性能；从溶解性的测试结果可以得知，所合成的聚酰亚胺在普通溶剂中具有优异的溶解性能。
　　 2.以对硝基苯甲酰氯为原料，成功合成了两种新的芳香二胺单体：4-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮，并与一系列芳香二酐通过“二步法”聚合制备了两个系列新型可溶性聚酰亚胺。由二胺p-AAFP制备的系列聚酰亚胺薄膜具有优异的热性能，机械性能和较低的吸水率。
　　 3.以间硝基苯甲酰氯为起始原料，经三步反应成功合成了两种新型含三氟甲基不对称二胺单体3-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮和3-氨基-4'(4-氨基苯氧基)-苯甲酮，与一系列芳香二酐通过“二步法”聚合制备了一个系列新型含氟聚酰亚胺。这个系列的聚酰亚胺有较高的分子量、优异的溶解性能和热性能以及较低的介电性能。其热分解温度达到550℃，表明得到的该类聚酰亚胺具有很高的热稳定性。含三氟甲基的聚酰亚胺较不含三氟甲基的聚酰亚胺具有更好的溶解性和更低的吸水率。该类聚酰亚胺不但在非质子极性溶剂中，如DMF，DMAc及NMP中表现出优异的溶解性能，而且在低沸点的普通溶剂中也具有比较好的溶解性能。
　　 4.以3，3'-二羟基苯醚为起始原料，经两步反应成功制备了含氟不对称二胺单体3，3'-(4-氨基-2-三氟甲基苯)二苯醚，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。这些聚酰亚胺在极性有机溶剂中都有比较好的溶解性能，同时具有优异的热性能和机械性能，从溶解性的测试结果可以得知，所合成的聚酰亚胺在普通溶剂中具有优异的溶解性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1聚酰亚胺材料概述

1.2聚酰亚胺材料优异的综合性能

1.3聚酰亚胺的发展史及其研究现状

1.4聚酰亚胺的改性

1.4.1含氟取代基、硅氧烷取代基团的引入

1.4.2引入不对称二胺或二酐单体

1.4.3在单体分子中引入大的侧基

1.4.4通过共聚破坏分子链的对称性和重复规整度

1.4.5各种因素的组合应用

1.5聚酰亚胺的应用

1.5.1聚酰亚胺薄膜

1.5.2聚酰亚胺漆

1.5.3聚酰亚胺胶黏剂

1.5.4高性能聚酰酰亚胺工程塑料

1.5.5聚酰亚胺纤维

1.5.6聚酰亚胺复合材料

1.6聚酰亚胺的合成方法

1.7本学位论文的选题指导思想与研究意义

参考文献

第二章 不对称二胺单体5-氨基-2-(4-氨基苯氧基)-吡啶及其相应聚酰亚胺的合成和性能研究

2.1引言

2.2试剂、原料的合成及仪器表征

2.2.1所用试剂(表2-1)

2.2.2表征仪器

2.3不对称二胺单体的合成

2.3.1 5-硝基2-(4-硝基苯氧基)-吡啶(NNP)的合成

2.3.2 5-硝基-2-(4-氨基苯氧基)-吡啶(NAP)的合成

2.3.3 5-氨基-2-(4-氨基苯氧基)-吡啶(AAP)的合成

2.4新型聚酰亚胺的合成

2.4.1聚酰胺酸的制备

2.4.2聚酰亚胺的制备

2.5结果与讨论

2.5.1目标单体AAP的组成、结构及其影响因素

2.5.2 新型聚酰亚胺的合成

2.5.3 聚酰亚胺的溶解性能及其溶解机理

2.5.4 聚酰亚胺的热性能及机械性能

2.6本章小结

参考文献

第三章 不对称二胺单体4-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮及其相应聚酰亚胺的合成和性能研究

3.1引言

3.2试剂、原料的合成及仪器表征

3.2.1所用试剂

3.2.2表征仪器

3.3不对称二胺单体的合成

3.3.1 4-硝基-2-三氟甲基苯醚的合成

3.3.2 4-硝基-4'(4-硝基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮的合成

3.3.3 4-硝基-4'-甲氧基苯甲酮(p-NMB)的合成

3.3.4 4-硝基-4'-羟基苯甲酮(p-NHB)的合成

3.4.5 4-硝基-4'(4-硝基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮(p-NNFP)的合成

3.4.6 4-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯基)-苯甲酮(p-AAFP)的合成

3.4新型聚酰亚胺的合成

3.4.1聚酰胺酸的制备

3.4.2聚酰亚胺的制备

3.5结果与讨论

3.5.1目标单体p-AAFP的组成、结构及其影响因素

3.5.2新型聚酰亚胺的合成

3.5.3聚酰亚胺的溶解性能及其溶解机理

3.5.4聚酰亚胺的热性能及机械性能

3.5.5 吸水率

3.6本章小结

参考文献

第四章 不对称二胺单体3-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮和3-氨基-4'(4-氨基苯氧基)-苯甲酮的合成及其相应聚酰亚胺的性能研究

4.1引言

4.2试剂、原料的合成及仪器表征

4.2.1所用试剂

4.2.2表征仪器

4.3不对称二胺单体的合成

4.3.1 4-硝基-2-三氟甲基苯醚(FNPP)和4-硝基苯醚(NPP)的合成

4.3.2 3-硝基4'(4-硝基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮(m-NNFP)和3-硝基-4'(4-硝基苯氧基)-苯甲酮(m-NNP)的合成

4.3.3 3-硝基4'-甲氧基苯甲酮(m-NMB)的合成

4.3.4 3-硝基-4'-羟基苯甲酮(m-NHB)的合成

4.4.5 3-硝基-4'(4-硝基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮(m-NNFP)和3-硝基-4'(4-硝基苯氧基)-苯甲酮(m-NNP)的合成

4.4.6 3-氨基-4'(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)-苯甲酮(p-AAFP)3-氨基-4'(4-氨基苯氧基)-苯甲酮(m-AAP)的合成

4.4新型聚酰亚胺的合成

4.4.1 聚酰胺酸的制备

4.4.2 聚酰亚胺的制备

4.5结果与讨论

4.5.1目标单体p-AAFP的组成、结构及其影响因素

4.5.2新型聚酰亚胺的合成

4.5.3 聚酰亚胺的溶解性能及其溶解机理

4.5.4聚酰亚胺的热性能及机械性能

4.5.5 吸水率

4.4本章小结

参考文献

第五章 含氟二胺单体3，3'-(4-氨基-2-三氟甲基苯)二苯醚及其相应聚酰亚胺的合成和性能研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1 试剂

5.2.2表征征仪器

5.3含三氟甲基二胺单体的合成

5.3.1 3，3'-二甲氧基苯醚(BMPE)的合成

5.3.2 3，3'-二羟基苯醚(ODP)的合成

5.3.3 3，3'(4-硝基-2-三氟甲基苯)二苯醚(BNPE)的合成

5.3.4 3，3'-(4-硝基-2-三氟甲基苯)二苯醚(BAPE)的合成

5.4新型聚酰亚胺的合成

5.4.1聚酰胺酸的制备

5.4.2聚酰亚胺的制备

5.5结果与讨论

5.5.1 目标单体PAPB的合成、影响因素以及表征分析

5.5.2新型聚酰亚胺的合成

5.5.3聚酰亚胺的溶解性能及其溶解机理

5.5.4 聚酰亚胺的热性能及机械性能

5.5.5 聚酰亚胺的光学性能和聚集态结构

5.6本章小结

参考文献

结论与展望

附录 攻读博士期间的工作

致谢