以呋喃、降冰片烯单酐为原料的脂环族二酐的合成及基于降冰片烯结构改性的聚酰亚胺的性能研究

论文摘要

聚酰亚胺因为独特的性能已经被广泛的应用于高新技术领域。在过去的半个多世纪里,人们已经对上千种含有不同结构的聚酰亚胺进行了研究,但是依然存在一些须待解决的问题,比如如何平衡材料性能和加工性之间的关系,如何改善聚酰亚胺溶解性差和造价高等等。为了克服这些问题,目前研究的重点都是集中在不降低聚酰亚胺优越性能完全亚胺化的前提下,合成可溶性的聚酰亚胺材料。这些方法包括在主链中引入柔性基团、桥环结构、大的取代基、扭曲或者不对称结构等。近年来,将脂环族大基团结构引入到聚酰亚胺主链中,已经成为合成可溶性聚酰亚胺的重要方法之一。脂环族单元的加入可以降低分子内和分子间的相互作用力,主要是降低了供电子的二胺片段和吸电子的二酐片段分子内和分子间的电荷转移（CTC）作用,从而可以提高材料的加工性。因此,这些聚酰亚胺表现出了一些优越的性能,如提高了溶解性、光学性能和介电性能,同时又保持其优越的热性能。本论文对脂环族聚酰亚胺进行了系统性的研究,合成了三种新型的脂环族单元的二酐单体。在CuCl2作用下,采用Pd/C催化呋喃马来酸酐的加成物3,6-环氧-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐与CO进行双甲氧基羰基化反应得到一种脂环四酯,再经过皂化、脱水等步骤制备了一种新型脂环结构的四酸二酐,7-氧-双环[2.2.1]庚烷-2,3,5,6-四酸二酐,并通过红外光谱（FT-IR）与核磁共振（1H-NMR）确认了反应产物的结构。用烯烃作为封端剂的聚酰亚胺低聚物以及含有庞大的烯烃组群的聚酰亚胺薄膜也已有文献报道。由于双键的极性比单键的极性大,从而会降低薄膜的透过性。目前研究主链中双键群组对聚酰亚胺薄膜性能影响的报道较少。本论文探究了主链中的双键对于聚酰亚胺薄膜性能的影响。以降冰片烯为原料合成了两种新型的脂环族二酐,及含有双键的双环[2.2.1]庚烷-5-烯-2,3-双（亚甲基偏苯三酸酐）酯及其双键被还原的衍生物双环[2.2.1]庚烷-2,3-双（亚甲基偏苯三酸酐）酯,将其分别与三种商业化的二胺4,4’-二氨基二苯醚（ODA）,1,3-双（4-氨基苯氧基）苯（1,3,4-APB）,1,4-双（4-氨基苯氧基）苯（1,4,4-APB）通过常规的两步法合成了六种含有脂环单元的聚酰亚胺薄膜材料,并从溶解性,耐热性,透过性,荧光等方面对这两类聚酰亚胺进行了详细的比较研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚酰亚胺材料的发展状况
• 1.2 聚酰亚胺的性能及应用
• 1.2.1 聚酰亚胺的性能
• 1.2.2 聚酰亚胺的应用
• 1.3 目前聚酰亚胺的主要研究趋势
• 1.4 聚酰亚胺的分类
• 1.5 半芳香族聚酰亚胺
• 1.6 全脂环族聚酰亚胺
• 1.6.1 全脂环族聚酰亚胺的研究现状
• 1.6.2 脂环族二酐单体
• 1.6.3 典型脂环族二酐单体的合成
• 1.6.4 典型脂环族二胺单体的合成
• 1.6.5 脂环族聚酰亚胺的合成方法
• 1.6.6 半芳香族聚酰亚胺和全脂环族聚酰亚胺的性能比较
• 1.7 双甲氧基羰基化反应
• 1.7.1 无配体参与的反应
• 1.7.2 手性有机分子的催化配体
• 1.8 本文研究内容及意义
• 第二章 7-氧-双环[2.2.1]庚烷-2,3,5,6-四酸二酐的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 7-氧-双环[2.2.1]庚烷-2,3,5,6-四酸二酐的合成条件探索
• 2.3.2 产物的结构分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 含双键脂环族二酐单体的制备与表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 实验条件的探索
• 3.3.2 产物的结构分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 含降冰片烯脂环链段聚酰亚胺的制备与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 FT-IR分析
• 4.3.2 聚酰亚胺物理性质的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录