改性间位芳香族聚酰胺的合成与性能研究

论文摘要

间位芳香族聚酰胺（PMIA）是一类重要的高性能聚合物材料,它有优异的耐高温性能与可纺性,是目前应用最广的耐高温阻燃纤维。但间位芳香族聚酰胺的耐疲劳性、耐光性等尚不够理想。设计并合成改性间位芳香族聚酰胺使其进一步提高阻燃性,氧化稳定性,并能保持优异耐热性能有一定的理论价值及实际意义。本论文首先合成了含磷二胺单体双（3-氨基苯基）苯基氧化膦（BAPPO）和含氟二胺单体3,5-二氨基三氟甲苯（DBTF）,通过红外光谱、核磁共振对其结构进行了表征；对其合成和纯化路线进行了研究,讨论了反应温度、反应时间等因素对产率的影响。在最佳反应和纯化条件下,BAPPO的收率为90%,DBTF的收率为83.1%。分别以BAPPO和DBTF为第三单体,与间苯二胺（MPD）、间苯二甲酰氯（IPC）在N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）溶剂中通过低温溶液缩聚反应,制备出一系列新型结构的芳香族聚酰胺。研究了单体的摩尔比、起始反应温度及单体浓度等对聚合反应的影响,确定了最佳合成条件,得到了高分子量的聚合物,含磷间位芳香族聚酰胺（PMIA-P）的比浓对数粘度为1.44～2.33dL/g,含氟间位芳香族聚酰胺（PMIA-F）的比浓对数粘度为0.81-1.43dL/g。用红外光谱、核磁共振对聚合物进行了结构表征；用DSC、TGA对聚合物热性能进行了研究；对聚合物的吸水性、电性能、力学性能进行了测试；此外,对含磷间位芳香族聚酰胺的溶解性、阻燃性、浆液凝固性和稳定性能进行了测试。PMIA-F及PMIA-P的Tg均随第三单体的含量增加而升高。TGA结果表明：含磷单体的引入提高了聚合物的热稳定性,而含氟单体的引入使得聚合物的热稳定性略有降低。含磷单体的引入提高了聚合物的氧指数,获得了更优异的阻燃性。对于不同种类的凝固剂,加入含磷单体均使其凝固值降低,并随着磷含量升高而降低。含磷单体的引入没有影响聚合物在浓硫酸中的稳定性。与PMIA二元共聚物相比,含氟间位芳香族聚酰胺薄膜体积电阻率增加了两个数量级以上,绝缘性提高了。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 间位芳香族聚酰胺的发展概况
• 1.3 间位芳香族聚酰胺结构与性能
• 1.4 间位芳香族聚酰胺应用
• 1.5 间位芳香族聚酰胺的聚合方法
• 1.5.1 低温溶液缩聚法
• 1.5.2 界面缩聚法
• 1.5.3 乳液聚合法
• 1.5.4 气相聚合法
• 1.6 改性间位芳纶的发展概况
• 1.6.1 间位芳纶共缩聚改性
• 1.6.2 间位芳纶表面改性
• 1.6.3 间位芳纶混纺改性
• 1.7 聚合物阻燃化技术
• 1.7.1 聚合物的燃烧及机理
• 1.7.2 阻燃剂的阻燃作用机理
• 1.7.3 有机磷系阻燃剂的作用机理
• 1.8 三芳基氧化膦结构的阻燃研究
• 1.9 论文的选题依据及主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 主要原料
• 2.2 （3-氨基苯基）苯基氧化膦（BAPPO）的合成
• 2.2.1 双（3-硝基苯基）苯基氧化膦（BNPPO）的合成
• 2.2.2 （3-氨基苯基）苯基氧化膦（BAPPO）的合成
• 2.3 3,5-二氨基三氟甲苯（DBTF）的合成
• 2.4 芳香族聚酰胺共聚物的合成
• 2.4.1 溶剂处理方法
• 2.4.2 芳香族聚酰胺（PMIA）的合成
• 2.4.3 含磷芳香族聚酰胺的合成
• 2.4.4 含氟芳香族聚酰胺的合成
• 2.5 聚合物膜的制备及测试用样品处理
• 2.6 结构表征与性能测试
• 2.6.1 聚合物溶解性测试
• 2.6.2 聚合物比浓对数粘度测定
• 2.6.3 红外光谱（IR）测试
• 2.6.4 核磁共振谱（NMR）测试
• 2.6.5 差示扫描量热分析（DSC）测试
• 2.6.6 聚合物热重分析（TGA）
• 2.6.7 聚合物力学性能测试
• 2.6.8 接触角的测量
• 2.6.9 吸水率测试
• 2.6.10 电阻率测试
• 2.6.11 氧指数测试
• 2.6.12 凝固性测试
• 2.6.13 稳定性测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 双（3-硝基苯基）苯基氧化膦（BNPPO）的合成与表征
• 3.1.1 合成路线
• 3.1.2 合成条件优化
• 3.1.3 结构表征
• 3.2 双（3-氨基苯基）苯基氧化膦（BAPPO）的合成及表征
• 3.2.1 合成路线
• 3.2.2 合成条件及讨论
• 3.2.3 结构表征
• 3.3 3,5-二氨基三氟甲苯（DBTF）的合成及表征
• 3.3.1 合成路线
• 3.3.2 合成条件优化
• 3.3.3 结构表征
• 3.4 间位芳香族聚酰胺（PMIA）的合成研究及表征
• 3.4.1 单体摩尔比对比浓对数粘度的影响
• 3.4.2 初始反应温度对比浓对数粘度的影响
• 3.4.3 单体浓度对比浓对数粘度的影响
• 3.4.4 结构表征
• 3.4.5 热性能
• 3.5 含磷间位芳香族聚酰胺的合成及表征
• 3.5.1 BAPPO含量对比浓对数粘度的影响
• 3.5.2 结构表征
• 3.5.3 性能测试
• 3.6 含氟间位芳香族聚酰胺的合成研究及表征
• 3.6.1 初始反应温度对比浓对数粘度的影响
• 3.6.2 单体摩尔比对比浓对数粘度的影响
• 3.6.3 单体浓度对比浓对数粘度的影响
• 3.6.4 DBTF含量对比浓对数粘度的影响
• 3.6.5 结构表征
• 3.6.6 性能测试
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读工学位期间发表论文情况
• 8 致谢