主链含六元氮杂环聚酰亚胺的合成及性能

聚酰亚胺是一类综合性能优异的耐热高分子材料，不仅具有很高的热性能，机械性能，和化学稳定性，还具有较低的介电常数和热膨胀系数，使它在航空，航天工业，微电子工业等诸多领域获得了广泛的应用。研究发现芳杂环的引入能为聚酰亚胺带来一定特殊的性能，因而由芳杂环单体合成的聚酰亚胺一直备受关注。近年来由含氮杂环的单体合成的聚酰亚胺及其性能不断被报道，这些聚合物具有很优异的性能。研究表明这些优异的性能与酰亚胺环的对称性，芳香性和杂原子带来的极性有关。吡啶、嘧啶等芳杂环是刚性的芳杂环分子，具有很好的耐热性能及化学稳定性能，而且杂环中的N 原子又可与金属离子配位和质子化。因而，含吡啶(或嘧啶)环聚合物在具有很好的热稳定性及化学稳定性同时，还会具有较好的可加工性。本论文以硝基取代的vinamidinium salts，amidine salts和易烯醇化的羰基化合物为原料，通过在碱性条件下的环化反应得到得含吡啶环(或嘧啶环)的硝基化合物；硝基化合物用Pd/C和水合肼还原得到棒状含氮芳杂环二胺：2,5-二(4-氨基苯基)嘧啶，2-氨基-5-(4-氨基苯基)嘧啶，2-(4-氨基苯基)-5-氨基嘧啶，2,5-二(4-氨基苯基)吡啶，和2-(4-氨基苯基)-5-氨基吡啶。通过1H-NMR、13C-NMR、IR、MS及元素分析确证了含氮芳杂环二胺及其中间产物的结构。这种二胺或加一定量对苯二胺与均苯二酐(PMDA)或联苯二酐(BPDA)通过两步法聚合获得一系列聚酰亚胺，通过红外、动态力学、静态力学、热重分析、广角X-Ray衍射等实验测试了该类聚合物的结构、热性能、机械性能及结晶性能。研究表明，所得聚酰亚胺的分子链有很高的规整性，表现出很好的化学稳定性，优异的热性能和机械性能。当PPD的含量为50%时，由相同二酐单体所得的聚合物具有最好的综合性能，其中杂环中氮原子的极性对维持聚合物的热稳定性和聚合物在高温条件下的机械性能性起着很重要的作用。并将PPD的含量为50%的聚酰胺酸胶液通过干-湿纺，热亚胺化，和高温牵伸获得聚酰亚胺纤维，并研究了亚胺化条件和牵伸条件对聚酰亚胺纤维性能的影响。