基于Yamazaki膦酰化反应合成PA611-I及其表征和性能

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聚酰胺-酰亚胺(PAI)是一种综合性能卓越的工程塑料,广泛应用于航天航空、交通运输、电子电气、化工设备制造等领域。论文中通过分子设计,以芳香族二元酸酐、氨基十一酸、1,6-己二胺为原料合成了一种主链含脂肪族长碳链的PAI,使之兼具脂肪族聚酰胺的良好加工性能和聚酰亚胺的优异热稳定性能。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、偏光显微镜(POM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)和旋转流变仪等较为系统地表征了中间体二酰亚胺二酸的化学结构和液晶性能,产物PAI的化学结构、物理性能、动态流变性能和非等温结晶动力学。  本论文的主要研究内容及成果如下:  (1)以包括1,2,4,5-均苯四甲酸酐(PMDA)、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA)、4,4'-氧代双邻苯二甲酸酐(ODPA)和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)在内的四种芳香族二元酐和氨基十一酸为原料,分别采用乙酸中脱水环化法和以异喹啉为催化剂的热酰亚胺化方法合成二酰亚胺二酸单体。FT-IR和 NMR谱图证实了所合成的二酰亚胺二酸单体与所设计的化学结构相吻合;利用DSC和POM分析结果证实了四种酰亚胺二酸单体都呈现出液晶小分子特性。  (2)采用了Yamazaki膦酰化反应方法合成了四种PA611-g-I,特性黏度为0.97-1.21dL/g。FT-IR和 NMR谱图证明成功合成出高纯度PA611-g-I,XRD谱图表明除PMDA-PAI是半结晶聚合物外,其他三种PAI均为无定型聚合物。四种PAI在322℃以下均能稳定存在,初始分解温度在322℃以上,5%失重温度最低的也达到363℃,10%失重温度超过了378℃。TGA结果表明所合成PA611-g-I具有良好的热稳定性。常温下,PA611-co-I在一般的极性质子溶剂溶解性很差,只溶解于间甲酚、浓硫酸以及三氟乙酸等少数溶剂。  (3)采用旋转流变仪研究了四种PA611-g-I溶液(间甲酚作为溶剂)的动态流变性能。四种PA611-g-I的间甲酚溶液都是假塑性流体,表现出较为明显的切力变稀现象。G'和G"与浓度、温度有密切关系,随溶液浓度的升高而增大,而随温度的升高而下降。动态流变特性的特征值反映出四种PAI分子链缠结由强到弱的次序为:BPDA-PAI>PMDA-PAI> BTDA-PAI> ODPA-PAI。  (4)采用DSC分析了PMDA-PAI的非等温结晶过程及熔融行为,经过 Jeziorny修正过的 Avrami方程以及 Mo法能很好的描述和处理PMDA-PAI的非等温结晶过程。Avrami指数为2.16~3.40,表明结晶模式为一维线性生长,二维盘状生长和三维球晶生长并存。
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