【摘 要】
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聚酰亚胺(PI)因其具有优异的综合性能,被广泛应用于航空航天、汽车、电子、智能终端、军工等多个领域。但常规的PI由于其溶解性差、透明性差、颜色深等不足,限制了其应用领域的进一步拓展;另外,聚酰亚胺较高的成本,也是限制其应用的重要因素。为解决上述问题,本文采用半脂肪半芳香性的间苯二甲胺(MXDA)作为关键单体,设计合成了一系列新型PI,探讨了MXDA的引入对材料性能的影响;另外,改变常规的聚合方法,
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聚酰亚胺(PI)因其具有优异的综合性能,被广泛应用于航空航天、汽车、电子、智能终端、军工等多个领域。但常规的PI由于其溶解性差、透明性差、颜色深等不足,限制了其应用领域的进一步拓展;另外,聚酰亚胺较高的成本,也是限制其应用的重要因素。为解决上述问题,本文采用半脂肪半芳香性的间苯二甲胺(MXDA)作为关键单体,设计合成了一系列新型PI,探讨了MXDA的引入对材料性能的影响;另外,改变常规的聚合方法,采用固体有机酸作为反应介质以降低成本。主要研究内容如下:(1)以MXDA为二胺单体分别与五种芳香族二酐:4,4’-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)、4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和4,4’-(4,4’-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(BPADA)在间甲酚中通过一步法合成了五种聚酰亚胺(PI)。采用FTIR、~1H NMR分析了聚合物的分子结构,用DSC、TGA、UV-Vis等仪器表征了聚合物的性能。结果表明,所制备的PI特性黏数在0.36~1.44 d L/g,在酚类溶剂中均具有良好的溶解性;PI的玻璃化转变温度(Tg)在184~243℃之间,氮气气氛下5%热失重温度为485~538℃,热稳定性优异;PI薄膜在400 nm处的透过率为24%~85%,500 nm的透过率可达69%~88%,截止波长区间308~367 nm,具有良好的透明性;PI薄膜的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别在41.1~85.3 MPa、1.7~2.1 GPa和2.5~8.7%的范围内,具有良好的机械性能。(2)建立了以水杨酸为反应介质制备基于MXDA单体PI的一步法新工艺,该工艺具有反应时间短,产物分子量高,反应介质易回收等特点。制备PI的特性黏数在0.30~0.66 d L/g范围内,都具有良好的成膜性;PI膜的截止波长均低于365 nm,优于全芳香族PI-BPADA/MPDA膜;5种PI各项性能表征结果与间甲酚溶剂体系合成PI的各项性能相近,不同的是水杨酸可利用甲醇或沸水洗涤回收,回收率达80%以上。(3)为降低反应温度,选择苯甲酸、水杨酸、5-氯水杨酸中的两种按照一定比例混合作为反应介质,确定最佳混酸比例和反应温度:苯甲酸:水杨酸=2:1,反应温度120℃;5-氯水杨酸:苯甲酸=1:2,反应温度110℃;水杨酸:5-氯水杨酸=1:1,反应温度140℃。其中,利用混合固体苯甲酸:水杨酸=2:1合成特性黏数达0.95 d L/g的PI-BPADA/MXDA;采用无水乙醇、水的混合溶液回收固体混酸,回收率可达75%以上。
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