螺芴氧杂蒽二胺及聚酰胺的合成与性能研究

摘要

本文以芴酮和间苯二酚或间甲酚为原料,合成了螺芴氧杂蒽双酚和二甲基螺芴氧杂蒽,通过缩合和还原反应,制备了一种含醚键螺芴氧杂蒽二胺,通过氧化、酰氯化及界面聚合反应,获得四种螺芴氧杂蒽聚酰胺,并作为环氧树脂的固化剂或改性剂。采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)和碳谱(13HNMR)对产物的结构进行表征,利用差示扫描量热仪(DSC)研究含醚键螺芴氧杂蒽二胺和聚酰胺与E-51环氧树脂体系的固化工艺及固化反应动力学,通过动态热机械分析仪(DMA)和热重分析仪(TGA)探讨了螺芴氧杂蒽二胺和聚酰胺对E-51环氧树脂的热性能和机械性能的影响。
　　首先,以芴酮和间苯二酚为原料,通过酚酮缩合反应,合成3',6'-二羟基-螺(芴-9,9'-氧杂蒽),收率68％;再与4-硝基氯苯反应,制得3',6'-双(4-硝基苯氧基)-螺(芴-9,9'-氧杂蒽),收率79%;最后经水合肼和Pd/C催化还原,得到含醚键的3',6'-双(4-氨基苯氧基)-螺(芴-9,9'-氧杂蒽)(BASFX)单体,收率75%。BASFX/E-51固化动力学研究结果表明,其聚合过程为自催化反应,表观活化能为52.4kJ/mol;而且BASFX/E-51固化树脂具有良好的性能,BASFX/E-51固化体系较DDM/E-51固化体系的储能模量和玻璃化转变温度(Tg)都有所升高,尤其是Tg较DDM/E-51提高了41℃。
　　其次,以芴酮和间甲酚为原料,通过缩合反应,合成了3',6'-二甲基-螺(芴-9,9'-氧杂蒽),收率91%;经高锰酸钾氧化,得到螺(芴-9,9'-氧杂蒽)-3',6'-二甲酸,收率76%;再与氯化亚砜进行酰氯化反应,合成了螺(芴-9,9'-氧杂蒽)-3',6'-二甲酰氯(BCSFX),收率81%;以此为原料,分别与乙二胺、丁二胺、异佛尔酮二胺和己二胺通过界面聚合反应,制备了四种新型的螺芴氧杂蒽聚酰胺(FXPA)。以E-51环氧树脂为基体,DDM为固化剂,聚酰胺为改性剂,研究了螺芴氧杂蒽聚酰胺结构和用量对E-51环氧固化树脂性能的影响。结果表明,随着聚酰胺添加量的增加,固化树脂的Tg有所下降,但同时50℃时的储能模量降低,800℃时的残炭率提高,说明聚酰胺的加入对固化环氧树脂的韧性有一定改善,耐高温性有所提高。其中,增韧效果由高到低的顺序依次为:己二胺基聚酰胺>丁二胺基聚酰胺>异佛尔酮二胺基聚酰胺>乙二胺基聚酰胺,800℃时的残炭率依次为:乙二胺基聚酰胺>丁二胺基聚酰胺>异佛尔酮二胺基聚酰胺>己二胺基聚酰胺。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚酰胺

1.3 环氧树脂固化剂和改性剂

1.4 论文研究的目的意义及主要内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料与设备

2.2 实验方法

2.3 测试方法

2.4 本章小结

第3章 含醚键螺芴氧杂蒽二胺的合成及性能研究

3.1 含醚键螺芴氧杂蒽二胺的制备和结构表征

3.2 含醚键螺芴氧杂蒽二胺/E-51体系固化工艺研究

3.3 含醚键螺芴氧杂蒽二胺/E-51体系固化动力学研究

3.4 含醚键螺芴氧杂蒽二胺/E-51固化体系性能研究

3.5 本章小结

第4章 螺芴氧杂蒽聚酰胺的合成及性能研究

4.1 螺芴氧杂蒽二酰氯的制备和结构表征

4.2 螺芴氧杂蒽聚酰胺的制备和结构表征

4.3 螺芴氧杂蒽聚酰胺（FXPA）的热性能研究

4.4 螺芴氧杂蒽聚酰胺/DDM/E-51体系固化工艺研究

4.5 螺芴氧杂蒽聚酰胺/DDM/E-51固化体系性能研究

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢