新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚和聚芳酰胺的合成与性能研究

摘要

芳香聚芳醚和聚酰胺因具有优异的耐热性能和机械性能而引起广泛关注，并被用于航空航天，电子通讯，粘合剂等领域。但这类聚合物可溶性差，加工成型困难，在一定程度上限制了它们的应用。通过分子设计合成适当分子结构的聚合单体得到相应聚合物，以期在改善溶解性的同时保持耐高温特性是本文的目的。含二氮杂萘酮结构的聚合物因其分子链中引入扭曲的非共平面的杂萘联苯结构，使得该类聚合物具有更高的玻璃化转变温度以及优异的溶解性能。
　　 本论文从分子结构设计的角度出发，成功制备了两种新型二氮杂萘酮类双酚单体和一种新型二酸单体，基于新单体，制备了聚芳醚，共聚聚芳醚，聚芳酰胺等聚合物，研究了聚合物的结构和性能。在一系列实验基础上，探索得到一种制备类双酚单体的最佳反应条件：邻苯二甲酸酐在低温下分批加热，反应温度保持在25℃左右3-4小时，反应后期升温至40℃1小时；中间体酸采用醋酸溶液进行重结晶，产率可达到70％以上。合成出的产物经FT-IR，HMR证实其结构。
　　 以新型类双酚为单体，与4，4’-二氟二苯酮(4，4’-二氯二苯砜)进行溶液缩聚反应，并加入不同比例间苯二酚(m-HQ)单体，制备了一系列新型聚芳醚及其共聚物。以粘度法测定了聚合物的分子量，DSC，TGA研究了结构与性能的关系，结果表明获得的聚合物分子量较高，而且此类聚芳醚是一类耐热等级高、可溶性好的无定形聚合物。我们发现共聚物的玻璃化温度和溶解性随着杂萘结构比例的增加逐渐提高，证明了在聚合物主链中引入扭曲非共平面杂萘结构对改善聚芳醚的溶解性有着重要的作用。同时，芳杂环的引入使得聚合物保持了优良的热稳定性，10％热失重温度在450-530℃。
　　 在自制的二氮杂萘酮联萘结构类双酚的基础上，经过亲核取代和碱性水解两步后，成功地合成了新型的杂环二酸单体，采用FT-IR、NMR证实了其结构。以此二酸单体为原料，通过Yamazaki膦酰化缩聚反应，合成了4个聚芳酰胺新品种。重点研究了聚芳酰胺的耐热性能和溶解性能的影响，聚合物的玻璃化转变温度为283-338℃，N2气氛下热失重5％温度为440-470℃，力学性能良好。在极性非质子性溶剂中可溶解得到韧性的薄膜，并显示出良好的光学性能。
　　

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚芳醚酮的研究进展

1.2.1 聚芳醚酮的合成方法

1.2.2 聚芳醚酮(PAEK)的改性方法

1.3 聚芳酰胺的研究进展

1.3.1 聚芳酰胺的合成方法

1.3.2 聚芳酰胺的改性研究

1.4 含二氮杂萘酮结构聚合物的研究进展

1.5 本论文的主要研究内容

参考文献

第二章 新型耐高温二氮杂萘酮聚芳醚的合成与性能

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 单体及聚合物的制备

2.1.3 分析测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 新型类双酚单体2的合成与表征

2.2.2 杂环聚芳醚的合成与结构

2.2.3 杂环聚芳醚的热性能

2.2.4 杂环聚芳醚的溶解性能

2.2.5 杂环聚芳醚的光学特性

2.3 本章小结

参考文献

第三章 新型可溶性二氮杂萘酮聚芳醚共聚物的合成与性能

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2 单体的制备

3.1.3 聚合物的制备

3.1.4 测试仪器

3.2 结果及讨论

3.2.1 单体及共聚物的合成与表征

3.2.2 共聚物的热性能

3.2.3 共聚物的WXRD分析

3.2.4 共聚物的溶解性能

3.3 本章小结

参考文献

第四章 新型含二氮杂萘酮结构芳香二酸及其聚芳酰胺的合成与性能

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料

4.1.2 单体及聚合物的制备

4.1.3 性能测试

4.2 结果与讨论

4.2.14-[4-(4-羧基苯氧基)萘基]-2-(4-羧基苯基)二氮杂萘-1-酮的合成和表征

4.2.2 聚合物的合成和结构分析

4.2.3 聚合物的耐热性能

4.2.4 聚合物的溶解性能

4.2.5 聚合物的机械性能

4.2.6 聚合物的光学特性

4.4 本章小结

参考文献

第五章 全文结论

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢