含联苯侧基聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能研究

论文摘要

近年来，随着高新技术与产业的迅猛发展，对加工性能优良的聚酰亚胺材料的研究成为先进材料发展的一个重要研究方向。在聚酰亚胺主链上引入联苯型介晶侧链，一方面，可以明显改善聚合物的成型加工性能；另一方面，又不会损害材料的力学性能。这就为采用一步法制备和研究聚酰亚胺纤维创造了有利条件，同时简化了聚酰亚胺纤维制备过程中的酰亚胺化工艺，从而更有利于深入研究纤维本身制备过程中的科学和技术问题。通过对聚合方式、溶液性质、纺丝工艺以及热处理等纤维制备工艺环节的多层次结构控制与研究，以期对聚酰亚胺纤维制备工艺及其过程中的结构研究与控制形成系统性的理解；揭示聚酰亚胺纤维制备过程中的科学与技术问题，并建立起一些解决问题的方法和理念。为整个聚酰亚胺纤维的进一步发展提供一定的理论指导，同时也可为聚酰亚胺侧链功能化提供在纤维方面新的应用与研究领域。本论文正是围绕这一课题进行了深入的研究。 本论文合成了三种含联苯侧链的二元胺单体：3，5-二氨基苯甲酸[4-（苯基）苯]酯（DABBE0），3，5-二氨基苯甲酸{2-[4’-（苯基）苯氧基]乙基}酯（DABBE2），3，5-二氨基苯甲酸{6-[4’-（苯基）苯氧基)]己基}酯（DABBE6）。通过熔点，FTIR，H1-NMR等手段对单体的结构进行了表征。通过采用高压加氢还原硝基化合物制备相应二胺工艺和采用酰氯与酚进行缩合制备中间体二硝基化合物等工艺，可明显提高目标产物的收率和纯度。在合成侧链二元胺单体的基础上，将这三种侧链二元胺分别与二苯醚四羧酸二酐（ODPA）进行聚合；以间甲酚为聚合物溶剂、异喹啉为催化剂；采用一步法高温聚合工艺，制备得到了一系列均聚型可溶性聚酰亚胺。 在制备ODPA-DABBE0／PI体系过程中，其结果发现当选用四甲基氯硅烷

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章: 聚酰亚胺纤维的制备及侧链改性研究进展以及本论文的研究目的、研究内容与创新性
• 1.1 高性能芳香族高分子纤维的概况
• 1.2 聚酰亚胺纤维概述
• 1.2.1 聚酰亚胺材料特殊性能
• 1.2.2 聚酰亚胺纤维的种类
• 1.2.3 聚酰亚胺纤维的性能
• 1.2.4 聚酰亚胺纤维的应用
• 1.3 聚酰亚胺纤维制备
• 1.3.1 聚酰亚胺的合成
• 1.3.2 聚酰亚胺纤维的纺丝工艺研究
• 1.4 聚酰亚胺纤维的结构研究
• 1.4.1 聚酰亚胺纤维的分子链结构
• 1.4.2 聚酰亚胺纤维的聚集态结构
• 1.5 聚酰亚胺改性研究
• 1.5.1 聚酸亚胺改性方法
• 1.5.2 含联苯侧链的聚酸亚胺
• 1.6 聚酰亚胺纤维制备及其结构与性能研究领域有待进一步深入研究的问题
• 1.7 本论文的主导研究思想与主要研究内容
• 1.8 本论文的主要创新点
• 1.9 本论文研究工作的理论意义和应用价值
• 参考文献
• 第二章: 联苯型侧链二元胺单体及其聚酰亚胺的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要溶剂
• 2.2.2 主要试剂
• 2.2.3 二配单体
• 2.2.4 仪器与测试
• 2.2.5 含联苯基团侧链的二元胺单体的合成
• 2.2.5.1 3，5-二氨基苯甲酸[4-（苯基）苯]酯的合成
• 2.2.5.2 3，5-二氨基苯甲酸{2-[4’-（苯基）苯氧基]乙基}酯的合成
• 2.2.5.3 3，5-二氨基苯甲酸{6-[4’-（苯基）苯氧基]己基}酯的合成
• 2.2.6 含联苯基团侧链的聚酰亚胺的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 关于含联苯基团侧链的二元胺单体的制备
• 2.3.2 3，5-二氨基苯甲酸[4-（苯基）苯]酯的表征
• 2.3.3 3，5-二氨基苯甲酸{2-[4’-（苯基）苯氧基]乙基}酯
• 2.3.4 3，5-二氨基苯甲酸{6-[4’-（苯基）苯氧基]己基}酯的表征
• 2.3.5 含联苯基团侧链的聚酰亚胺的合成
• 2.3.5.1 侧链的引入对二元胺单体反应活性及溶解性的影响
• 2.3.5.2 二元胺活化剂对聚合物分子量的影响
• 2.3.5.3 催化剂异喹啉对聚合物溶液性质的影响
• 2.3.6 聚酰亚胺的结构表征与酰亚胺化程度的测定
• 2.3.7 侧链聚酰亚胺溶液性质
• 本章小节
• 参考文献
• 第三章 含联苯侧链聚酰亚胺溶液的相结构与相转变深入研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 聚合物合成实验
• 3.2.2 实验仪器及表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 凝胶结构的研究
• 4.3.1.1 凝胶中溶剂化结晶结构的研究
• 4.3.1.2 凝胶中层状有序结构的研究
• 4.3.1.3 层状有序结构演变的研究
• 4.3.2 树枝状晶体结构的分析
• 4.3.2.1 晶体结构参数指标化
• 4.3.2.2 晶体结构中聚合物分子模型
• 4.3.3 形成两种不同聚集态结构的原因
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章: 联苯型侧链聚酰亚胺纤维溶液纺丝工艺及原丝形态结构研究
• 4.1 前言
• 4.1.1 溶液纺丝工艺简述
• 4.1.2 原丝形态结构的固化
• 4.1.3 纺丝条件对溶液纺纤维结构和性质的影响
• 4.1.4 聚酰亚胺原丝的制备研究
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要溶剂及试剂
• 4.2.2 聚合物合成实验
• 4.2.3 原丝的制备
• 4.3 测试与表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 原丝形态结构的控制
• 4.4.1.1 调节溶剂/非溶剂的互溶性
• 4.4.1.2 凝胶纺丝工艺
• 4.4.2 原丝聚集态结构与性能
• 本章小节
• 参考文献
• 第五章: 侧链长度及侧链与主链间相互作用对聚酰亚胺纤维结构与性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要溶剂及试剂
• 5.2.2 聚合物原液合成
• 5.2.3 原丝的制备
• 5.2.4 原丝热拉伸处理
• 5.2.5 测试与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同侧链长度对纤维Tg的影响
• 5.3.2 不同侧链长度对原丝结构和力学性能的影响
• 5.3.2.1 对原丝力学聚集态结构的影响
• 5.3.2.2 对原丝力学性能的影响
• 5.3.3 不同侧链长度对热处理纤维结构和性能的影响
• 5.3.4 侧链与主链之间的电子相互作用
• 5.3.5 热处理拉伸倍率与电子相互作用之间的关系
• 本章小节
• 参考文献
• 第六章 主要结论
• 6.1 联苯型侧链二元胺单体及其聚酰亚胺的合成与表征
• 6.2 联苯型侧链聚酰亚胺溶液性质研究
• 6.3 联苯型侧链聚酰亚胺纺丝工艺及原丝形态结构控制
• 6.4 不同侧链长度聚酰亚胺纤维结构与性能以及侧链与主链间相互作用研究
• 附录
• 作者简历
• 致谢