新型聚对苯二甲酰对苯二胺的合成、结构和性能

摘要

聚对苯二甲酰对苯二胺，又名对位芳纶（PPTA），具有密度小、强度高、模量大、耐腐蚀、耐磨损、热稳定性好、电导率低的优异性能，被广泛的应用于军事、商业、农业等领域。但是PPTA的刚性结构使其在水或各种常规有机溶剂中溶解困难，并且在高温下难以熔融。PPTA这种不溶不熔的性质导致其溶解性和加工性很差，限制了其进一步的应用。通过模仿草履虫的纤毛结构，将含有柔性长链叔胺接枝在磺酸化PPTA（S-PPTA）的共轭刚性长链上，使得新型PPTA在室温的条件下呈现出可流动的状态，这对提高PPTA的溶解性能和加工性能有重要意义。
　　本论文以带有磺酸官能团的对苯二胺单体和对苯二甲酰氯单体进行缩聚反应，制备前驱体S-PPTA，系统探究了不同的反应条件对S-PPTA分子量的影响，在N2气氛、0℃反应温度和用无水LiCl作为助溶剂时S-PPTA的分子量最高；采用正反离子结合技术，将十八胺聚氧乙烯醚（PEGO）和S-PPTA链段上的磺酸基团进行酸碱中和反应，制备了一种室温下自流动的PPTA（sf-PPTA）。
　　通过调节sf-PPTA的接枝率，详细的探究了不同接枝率下sf-PPTA的凝聚态结构、流变性能、液晶行为以及溶解性能。研究表明：不同接枝含量的sf-PPTA展现出不同的聚集态结构，证实了sf-PPTA可以作为纳米尺度材料的构筑单元并观察到了聚合物为核的纳米尺度离子材料清晰的核壳结构，壳层厚度为5nm；通过研究sf-PPTA的凝聚态结构和流变性能的关系可以发现调节sf-PPTA的接枝率，其流变性能和粘度可以在数量级的范围内进行调控，并且随着接枝率的变化，其液晶行为也相应变化。
　　将sf-PPTA添加到聚偏氟乙烯（PVDF）基体中制备了新型PVDF/sf-PPTA复合薄膜，并探究了不同添加量下PVDF复合薄膜的介电性能和能量密度。结果表明sf-PPTA的添加有利于诱导PVDF薄膜形成β相。当sf-PPTA添加含量为1％时，复合薄膜在100Hz下的介电性能最优，其介电常数为17，介电损耗为0.05，并且此时复合薄膜在最大场强下的储能密度最高，为5.272J/cm3。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 聚对苯二甲酰对苯二胺研究进展

1.3 新型聚对苯二甲酰对苯二胺的研究进展

1.4 类流体的研究进展

1.5 高介电常数聚合物基复合介电材料的研究进展

1.6 高能量密度、低能量损耗铁电聚合物

1.7 本课题的提出和主要研究内容

第2章 新型聚对苯二甲酰对苯二胺的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 前驱体S-PPTA制备过程结果与讨论

2.4 新型sf-PPTA结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 新型聚对苯二甲酰对苯二胺结构和性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 PVDF/sf-PPTA复合薄膜的性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第5章 结论

参考文献

附录：硕士期间的科研成果

致谢