以聚酰胺酸盐为前躯体的聚酰亚胺和聚酰亚胺/蒙脱土薄膜的性能研究

摘要

从十九世纪六十年代起，聚酰亚胺(PI)由于其优异的热性能、电性能、良好的机械性能和抗化学腐蚀性而被广泛研究。这些优异的性能使得聚酰亚胺被广泛应用于航空、汽车、电子、涂料等领域。然而由聚酰胺酸（PAA）前躯体制备聚酰亚胺的传统方法存在着一些缺陷，例如，亚胺化温度较高，聚酰胺酸前躯体易降解，此外整个聚酰亚胺制备过程由于有毒极性溶剂的挥发，对环境污染比较严重。为了改善以上缺陷，作为聚酰亚胺的另一种前躯体聚酰胺酸盐(PAAS)被广泛关注。
　　 本文研究了含有不同三乙胺(TEA)含量的PAAS前躯体和由PAAS前躯体制备的PI薄膜的合成与性能。此外，由于片层状蒙脱土(MMT)可被大分子插入形成纳米级的增强材料，MMT被作为一种制备有机/无机复合材料的优异无机材料。所以，我们利用蒙脱土作为增强材料来提高由PAAS前躯体所制备的PI薄膜的力学性能和热性能。主要研究内容和结论如下:
　　 (1)通过向PAA溶液中加入不同含量的TEA以制备一系列PAAS前躯体。利用1H NMR和FT-IR谱图来表征PAAS化学结构。此外，分别研究了PAAS前躯体的机械性能、特性粘度以及溶解性。研究发现30天内PAA溶液的特性粘度随着存储时间的增加明显降低，而对于摩尔比(TEA/PAA)为2的PAAS的特性粘度而言，90天后其特性粘度几乎不变。结果表明与PAA薄膜相比，由于PAAS聚电解质性质的原因，PAAS薄膜的抗降解性能得到了明显的改善。
　　 (2)研究了由PAA和不同TEA含量的PAAS前躯体所制备的PI薄膜的力学性能和热性能。结果发现PI薄膜的力学性能取决于TEA/PAA的摩尔比，并且随着TEA/PAA摩尔比的增加由不同PAAS前躯体制备的PI薄膜力学性能从162.5下降到144.5MPa，断裂伸长率的变化情况与拉伸强度变化趋势一致，分别从9.97％下降到6.63％。此外，与由PAA所制备的PI薄膜的热性能相比，由PAAS所制备的PI薄膜热性能也有略微的下降。
　　 (3)制备聚酰亚胺/有机蒙脱土(PI/OMMT)复合薄膜以达到提高由PAAS所制备的PI薄膜的热性能和力学性能。采用原位聚合法制备PI/OMMT复合薄膜。复合薄膜的拉伸强度测试表明，有机蒙脱土(OMMT)质量分数含量在3％时复合薄膜的拉伸强度达到163.9MPa，与由纯PAAS制备的PI薄膜相比拉伸强度增加了12.8％。此外，热重分析表明与由PAA和PAAS所制备的PI薄膜相比，PI/OMMT复合薄膜拥有更高的热分解温度和更好的热稳定性。

目录

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第1章 绪论

1．1 引言

1．2 聚酰亚胺

1．2．1 聚酰亚胺的概述

1．2．2 聚酰亚胺的合成

1．3 聚酰胺酸及聚酰胺酸盐的研究

1．3．1 聚酰胺酸的制备及性能

1．3．2 聚酰胺酸盐的制备及性能

1．3．3 聚酰亚胺薄膜

1．4 蒙脱土／聚酰亚胺复合材料

1．4．1 蒙脱土的结构与性能

1．4．2 蒙脱土／聚酰亚胺材料性能的研究

1．5 课题研究的内容和意义

1．5．1 课题的研究内容

1．5．2 课题的研究意义

参考文献

第2章 聚酰胺酸及聚酰胺酸盐的合成及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品及仪器

2．2．2 聚酰胺酸薄膜的合成与制备

2．2．3 聚酰胺酸盐薄膜的合成与制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚酰胺酸盐化学结构的表征

2．3．2 PAA和PAAS特性粘度的研究

2．3．3 PAA与PASS溶解性能的研究

2．3．4 PAA与PAAS储藏稳定性的研究

2．4 本章小结

参考文献

第3章 前驱体为聚酰胺酸和聚酰胺酸盐的聚酰亚胺制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品及仪器

3．2．2 以聚酰胺酸盐为前躯体制备聚酰亚胺薄膜

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 PAA和PAAS-4的热亚胺化反应

3．3．2 三乙胺对聚酰亚胺薄膜力学性能的影响

3．3．3 PI薄膜的热重分析

3．4 本章小结

参考文献

第4章 聚酰亚胺／蒙脱土复合薄膜热性能和力学性能的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品及仪器

4．2．2 蒙脱土的有机化处理

4．2．3 聚酰亚胺／有机蒙脱土复合薄膜的合成与制备

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 蒙脱土有机化处理研究

4．3．2 OMMT／PAAS和PI／OMMT薄膜红外分析

4．3．3 聚酰亚胺／有机蒙脱土复合薄膜形貌

4．3．4 PAAS／OMMT和PI／OMMT复合薄膜力学性能的研究

4．3．5 聚酰亚胺／有机蒙脱土复合薄膜的热性能研究

4．5 结论

参考文献

第5章 结论

攻读硕士期间发表的论文

致谢