异构热塑性聚醚酰亚胺的制备与性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:beargtg
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特种工程塑料的需求日益上升,聚酰亚胺是非常重要的一类特种工程塑料。聚酰亚胺是一类含酰亚胺环结构的特殊聚合物,其综合性能优异如耐高低温、介电性能优良,它在航空航天,电子电器等诸多领域获得了广泛的应用。但是聚酰亚胺由于其难溶难熔的特性,在热塑加工方面仍有一定难度,美国通用电气(GE)公司通过分子结构设计,推出了Ultem系列树脂来解决这一问题。近年来,异构的聚酰亚胺越来越引起人们的关注,由于其特殊的扭曲非共面结构,与传统结构的聚酰亚胺比较,具有更高的玻璃化温度,良好的溶解性能,更低的熔融粘度,更宽的加工窗口,显示了广泛的应用前景。但是关于Ultem树脂所用二酐,即4,4’-双酚A二醚二酐(4,4’-BPADA)异构体及其对应聚合物的结构-性能关系还从未有人系统研究过,本文合成了4,4’-BPADA的另外两种异构体,即3,3’-双酚A二醚二酐以及3,4’-双酚A二醚二酐(3,3’-BPADA,3,4’-BPADA),并对其相应的聚合物的性能进行了研究,最后对其结构与性能之间的关系进行了总结。我们以3/4-硝基邻苯二甲腈,双酚A等为原料,在K2CO3作用下,通过芳香亲核取代反应,得到了4,4’-BPADA的另外两种异构体,即3,3’-BPADA,3,4’-BPADA。通过核磁共振氢谱、碳谱、红外以及质谱等一系列表征的结果证明我们得到了目标产物。在得到目标二酐单体之后,将其和不同种类二胺,即4,4’-二苯醚二胺以及间苯二胺(4,4’-ODA,m-PDA)在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中进行缩聚反应得到聚酰胺酸(PAA),然后通过化学亚胺化关环,得到粉料。通过调控投料比例控制最终的粉料粘度在0.41-0.56 d L/g。通过表征一系列聚合物的性能,总结了“结构-性能”的规律。基于异构BPADA的聚醚酰亚胺有如下规律:溶解性,3,3’-BPADA>3,4’-BPADA>4,4’-BPADA;Tg,3,3’-BPADA>3,4’-BPADA>4,4’-BPADA;Td5%,均在可比范围内,无明显规律;拉伸强度,4,4’-BPADA>3,4’-BPADA>3,3’-BPADA;断裂伸长率,4,4’-BPADA>3,4’-BPADA>3,3’-BPADA;分子链间距,3,3’-BPADA>3,4’-BPADA>4,4’-BPADA;熔体粘度(BPADA/m-PDA/PA),3,4’-BPADA>4,4’-BPADA>3,3’-BPADA;综合来说,由3,3’-BPADA得到的聚醚酰亚胺有较好的溶解性、热性能以及较低的熔体粘度。因为工业生产BPADA时使用的原料是混合原料,要得到纯料必须要经过分离提纯,会带来成本问题。所以在此基础上,我们进一步研究了使用不同比例的混合BPADA及其聚合物的“结构-性能”关系,希望能对工业生产有一个指导意义。我们从不同比例3/4-硝基邻苯二甲腈混合物出发,通过芳香亲核取代反应得到三种不同比例的混合二酐,然后同样通过和不同种类的二胺(4,4’-ODA,m-PDA)反应,研究二酐比例对最终共聚聚合物性能的影响规律。通过表征得到溶解性、热性能、机械性能,发现混合二酐对应聚合物的热性能、机械性能、溶解性以及分子聚集态规律中的“结构-性能”关系与均聚聚合物时基本类似,在流变性能上,三种共聚物(Mixed-BPADA/m-PDA/PA)相互比较时体现出的规律与均聚PEI类似,但是共聚PEI整体的熔体粘度要低于均聚PEI,所以通过使用混合二酐共聚能够有效降低聚醚酰亚胺的熔体粘度,提升热塑加工性能。
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