含硅脂环族二酐与可溶性、低吸湿性聚酰亚胺的合成与性能研究

论文摘要

随着近现代航空航天、电子电气、微电子行业的迅猛发展,对耐高温高分子材料的需求日益增加。芳香族聚酰亚胺因为具有优异的耐高低温性能、电性能、力学性能、抗辐射性能和化学稳定性而得到广泛的应用。但是,因为芳香族聚酰亚胺存在电子极化和结晶性等问题致使聚酰亚胺具有较强的分子链间作用,从而引起聚酰亚胺分子的紧密堆积,导致聚酰亚胺材料难溶难熔,最后迫使芳香族聚酰亚胺材料一般都难以加工成型。并且,随着微电子行业的发展,对于聚酰亚胺吸湿性能的要求也越来越高,然而传统芳香族聚酰亚胺的抗水性普遍比较差,已经无法满足微电子行业的需求。最近研究表明,在聚酰亚胺主链中引入硅氧烷链段和脂环单元结构,可以很好地提高聚酰亚胺薄膜的透明度,降低薄膜的吸湿性和介电常数,提高聚酰亚胺的溶解性,从而提高聚酰亚胺的可加工性能。基于以上研究背景,本文主要合成了一种新型含硅脂环族二酐单体,同时,利用该新型二酐单体成功地合成出了一系列同时含有硅氧烷链段和脂环单元的聚酰亚胺薄膜,并对该薄膜材料的性能进行了研究。首先,利用格氏试剂和2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷通过一步法成功的制备了1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷。同时,在对甲基苯磺酸（PTSA）的催化作用下将降冰片烯单酐酯化,使其转化成为降冰片烯二甲酯。并将1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷和为降冰片烯二甲酯备用,作为合成含硅脂环族二酐单体的两种重要原料。其次,利用三烯丙基甲氧基硅烷、氯铂酸和碳酸氢钠制备三烯丙基甲氧基硅烷铂络合物,作为合成该含硅脂环族二酐主反应（硅氢加成）的催化剂。第三,1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷和降冰片烯二甲酯在三烯丙基甲氧基硅烷铂络合物的催化作用下,依次通过硅氢加成、水解、酸化和脱水等四步反应制备出了一种新型含硅脂环族二酐单体,并对其溶解性进行了研究。同时,探索研究出了一条在一定程度上能够提高某些高位阻反应物之间硅氢加成反应活性的方法。最后,利用该新型含硅脂环族二酐单体与联苯四甲酸二酐（BPDA）和4,4’-二胺基二苯醚（ODA）分别在配比为0：1：1、0.25：0.75：1、0.33：0.66：1、0.5：0.5：1、0.66：0.33：1、0.75：0.25：1和1：0：1的条件下,于DMAc中经共聚得到固含量达到15%的聚酰亚胺溶液,再经涂膜和热亚胺化,得到相应的聚酰亚胺薄膜。然后通过FT-IR、WAXRD和TGA对其结构和热性能进行了研究,并着重对其溶解性和吸湿性进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 聚酰亚胺材料的国内外发展概况
• 1.1.1 国外发展概况
• 1.1.2 国内发展概况
• 1.2 聚酰亚胺的类型和性质
• 1.2.1 聚酰亚胺的类型
• 1.2.2 聚酰亚胺的性能及应用
• 1.3 目前聚酰亚胺的主要研究趋势
• 1.4 聚酰亚胺的改性研究
• 1.4.1 含氟改性聚酰亚胺
• 1.4.2 含脂环族改性聚酰亚胺
• 1.4.2.1 含脂环族改性聚酰亚胺的特点
• 1.4.2.2 含脂环族改性聚酰亚胺的研究现状
• 1.4.2.3 含脂环族改性聚酰亚胺的应用前景
• 1.4.3 含硅改性聚酰亚胺
• 1.4.3.1 含硅单体的分类和合成
• 1.4.3.2 主链型含硅聚酰亚胺
• 1.4.3.2.1 含二烷基硅聚酰亚胺
• 1.4.3.2.2 含硅氧烷聚酰亚胺
• 1.4.3.2.3 含硅酸酯聚酰亚胺
• 1.4.3.2.4 主链型含硅聚酰亚胺的应用前景
• 1.4.3.3 侧链型含硅聚酰亚胺
• 1.4.3.3.1 侧链型含硅聚酰亚胺的合成
• 1.4.3.3.2 侧链型含硅聚酰亚胺的应用前景
• 1.4.3.4 含POSS结构的聚酰亚胺
• 1.5 硅氢加成及其催化剂
• 1.5.1 硅氢加成反应机理
• 1.5.2 硅氢加成反应催化剂
• 1.6 本文研究内容和意义
• 第2章 1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷和降冰片烯二甲酯的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷的合成
• 2.2.1.1 格氏试剂的合成
• 2.2.1.2 1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷的合成
• 2.2.2 降冰片烯二甲酯的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 1,3-二甲基-1,3-二苯基二硅氧烷的反应条件探索
• 2.3.1.1 变换格氏试剂与TMCTS比例的实验
• 2.3.1.2 变换反应温度的实验
• 2.3.2 产物的结构分析
• 2.3.2.1 FT-IR分析
• 1H-NMR分析'>2.3.2.2¹H-NMR分析
• 13C-NMR分析'>2.3.2.3¹³C-NMR分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 三烯丙基甲氧基硅烷铂络合物和含硅脂环族二酐的制备与表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 三烯丙基甲氧基硅烷络合物的制备
• 3.2.2 含硅脂环族二酐的合成
• 3.2.2.1 含硅脂环族四酸的合成
• 3.2.2.2 含硅脂环族二酐的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单体合成
• 3.3.2 含硅脂环族四酸与二酐的溶解性能
• 3.3.3 产物的结构分析
• 3.3.3.1 FT-IR分析
• 1H-NMR分析'>3.3.3.2¹H-NMR分析
• 13C-NMR分析'>3.3.3.3¹³C-NMR分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 含硅脂环族聚酰亚胺的制备与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 聚酰亚胺薄膜的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 FT-IR分析
• 4.3.2 吸湿性分析
• 4.3.3 溶解性分析
• 4.3.4 热性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果