新型聚酰亚胺的合成及其热亚胺化动力学研究

摘要

聚酰亚胺是耐高温等级最高的高分子材料之一，具有优异的力学性能和介电性，在航空航天、光电材料及微电子等高新技术领域具有广泛的应用前景。但大部分聚酰亚胺在亚胺化后不溶、不熔，以及部分聚酰亚胺在成型过程中难以成膜。因此，设计合成具有良好热性能，同时又具有良好加工性能的新型聚酰亚胺树脂是该领域亟待解决的问题。
　　本文通过三步法合成了一种新型的二胺单体，即4,4’-二胺基-6-乙氧基羰基苯甲酰苯胺（AECB）。采用1H-NMR、13C-NMR和FT-IR等手段对AECB的结构进行表征。以AECB为二胺单体，分别与2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐（α-BPDA）、2,3,3’4’-二苯醚四甲酸二酐（α-ODPA）和3,3’,4,4’-苯甲酮四羧酸二酐（BTDA）进行缩聚得到聚酰胺酸（PAAs），经程序升温制备了一系列新型均聚型聚酰胺-酰亚胺（PAMIs）和均聚型聚苯并恶嗪酮-酰亚胺（PBEIs）；以 AECB和1,3-双（3-氨基丙基）-1,1’,3,3’-四甲基二硅氧烷（DMS）为两种二胺单体，分别与α-BPDA、α-ODPA和BTDA三种二酐共聚得到含硅聚酰胺酸（Si-PAAs），经程序升温制备了一系列共聚型含硅聚酰胺-酰亚胺（Si-PAMIs）和共聚型含硅聚苯并恶嗪酮-酰亚胺（Si-PBEIs）。
　　采用非等温 DSC法对 PAAs和Si-PAAs进行了亚胺化动力学研究与比较，通过Kissinger和Ozawa法进行模拟计算得到两类聚酰胺酸的动力学参数。经分析发现，共聚型含硅聚酰胺酸与相应的二酐结构相同的均聚型聚酰胺酸相比，显示出更低的活化能。并通过动力学理论模拟与实验测试，确定PAA-3的亚胺化工艺为165℃/2h+215℃/1h，Si-PAA-3亚胺化工艺为148℃/2h+315℃/1h。
　　采用FT-IR、XRD、DSC、TGA、DMA等方法对新型均聚型聚酰亚胺和共聚型含硅聚酰亚胺的结构和性能进行分析表征。结果表明，均聚型聚酰亚胺的耐热性和热稳定性能良好，然而成膜效果及膜的柔韧性不佳；均聚型聚酰亚胺均显示出非晶态结构，共聚型含硅聚酰亚胺为部分结晶，且含硅聚苯并恶嗪酮-酰亚胺的结晶性能高于含硅聚酰胺-酰亚胺；Si-PAMIs的成膜效果及膜韧性明显好于PAMIs，且当二酐结构相同时，随着含硅二胺单体的增加，其成膜效果及膜的韧性有所提高。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 聚酰亚胺的概述

1.3 聚酰亚胺的改性研究

1.4 聚酰亚胺亚胺化动力学研究

1.5 本论文的研究意义及内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.2 4,4’-二胺基-6-乙氧基羰基苯甲酰苯胺（AECB）的合成

2.3 均聚型聚酰亚胺的制备

2.4 新型共聚型含硅聚酰亚胺的制备

2.5 样品结构表征与性能测试

2.6 本章小结

第3章 新型聚酰亚胺亚胺化动力学研究

3.1 PAAs和Si-PAAs的DSC曲线

3.2 聚酰亚胺动力学理论基础

3.3 PAAs和Si-PAAs的动力学参数的确定及对比

3.4 热亚胺化动力学方程的确定

3.5 热亚胺化工艺的确定

3.6 本章小结

第4章 均聚型聚酰亚胺的表征与性能研究

4.1 AECB的结构表征

4.2 均聚型聚酰亚胺的结构与性能表征

4.3 本章小结

第5章 共聚型含硅聚酰亚胺的表征与性能研究

5.1共聚型含硅-聚酰亚胺的成膜效果分析

5.2 红外光谱分析

5.3 结晶性能分析

5.4 共聚型含硅聚酰亚胺的热性能分析

5.5 耐溶剂性分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间取得科研成果及发表的论文

致谢