由（双氯代酞酰亚胺）与双酚盐的亲核取代缩聚合成聚酰亚胺的研究

利用邻苯二甲酸酐中苯环上的取代基由于受到两个羰基的吸电子作用有较好的活性，进行亲核取代反应合成聚酰亚胺近年来才引起人们的注意。根据这个反应可以从邻苯二甲酸酐出发，与双酚缩合先合成二酐单体，再与二胺反应合成易加工而性能良好的聚酰亚胺，而且已实现了工业生产。同时也可以从双取代酞酰亚胺出发直接与双酚进行亲核取代缩聚合成相同结构的聚酰亚胺。后者较前者具有合成路线短的优点，又无前者由于多种会反应所引起复杂分子链结构等缺点。文献上对双（硝基酞酰亚胺）与双酚的亲核取代缩聚反应合成聚酰亚胺的研究工作，有一些报导，而对双（氯代酞酰亚胺）与双酚A的亲核取代缩聚亦有专利，从文献报导来看，亲核取代缩聚法合成聚酰亚胺因反应条件要求苛刻，利用此法还不易合成出分子量高的聚合物。如何克服上述缺点，解决合成上的问题，是很有意义的。我们以双酚A与双（4－氯代酞亚胺）二苯醚的亲核取代缩聚反应为重点，采用NaOH溶液成盐的方法进行双（氯代酞酰亚胺）与双酚的亲核取代缩聚合成聚酰亚胺的研究。对影响反应的各种参数，如碱量，温度、固含量，溶剂，代水剂以及水份等对反应的影响，作了比较详细的探索，提出了从双（氯代酞酰亚胺）与双酚出发，用NaOH溶液成盐，通过亲核取代缩聚反应合成聚酰亚胺的比较合适的条件。研究了几种具有代表性的不同结构的双酚分别与双（4－氯代酞酰亚胺）二苯醚和双（3－氯代酞酰亚胺）二苯醚的亲核取代缩聚反应，所得结果表明，在相同的反应条件下，反应的难易一般取决于苯氧负离子的电子密度，和反应中心上正电荷对电子的吸引力，以及聚合物的溶解性。双酚A不仅其氧负离子有很强的亲核性，而且所得聚合的溶解性能也很好，照理应能很好地进行反应，但无论从我们的工作或文献上报导的结果来看，用惯常方法，以NaOH溶液成盐，从双酚A很难得比浓对数粘度较高的聚合物（美国专利从双（氯代酞酰亚胺）出发，合成的双酚A型聚酰亚胺的比浓对数粘度为0.21分升／克，美国General Electric Compang从双（硝茎酞酰亚胺）二苯醚与双酚A缩聚反应所得聚合物的比浓对数粘度是0.23分升／克）。我们从电子密度大的苯氧基虽有较强的亲核能力，但也同时具有较强的与反体系中微量水份形成氢键的能力出发考虑，认为解决问题的关键在于如何使体系中微量水份排除尽，为此我们采用两次代水方法，效果较为明显，使双酚A与双（4－氯代酞酰亚胺）二苯醚缩聚所得聚合物的比浓对数粘度达到0.4分升／克（DMAC，30℃），在此条件下，研究了不同结构的单体的构聚和共聚反应，所合成的一系列均聚和共聚物比浓和粘度在0.4～0.7分升／克范围，且通过共聚可以改善聚合物的溶解性，改进反应情况。在此基础上，我们又对双酚A与双（4－氯代酞酰亚胺）二苯醚的缩聚反应，用NaOH溶值成盐进行了五次代水实险，所得聚合物的分子量又得到进一步提高，其比浓对数粘度达到0.59分升／克。这些研究结果说明我们上述分析是正确的，同时也说明，双氯单体的活是不及双硝基单体，但在我们提出的实验条件下，反应也能很好的进行，而且此种方法没有双硝基单体与酚盐取代反应后所释放的亚硝酸盐所易引起的会反应。我们对所合成的各种不同结构的聚酰亚胺分别利用红外，核磁，X－射线，裂解色谱等进行了结构上的初步分析和探讨。不同结构的聚酰亚胺的红外光谱的显示出所合的聚合物特征峰，结合元素分析结果，并参照合成反应的基本原理证实了所合成的聚酰亚胺的化学结构与所予期的相符。在红外光谱上也初步鉴别了3们异构体聚酰亚胺和4位异构体聚酰亚胺。用~(13)C-NMR对本法所合成的溶解性较好的4种不同结构的聚酰亚胺进行表征，进一步证实了所得聚合物的化学结构，其中两种聚酰胺的~(13)C-NMR谱图与最近文献报导的从双（硝基酞酰亚胺）二苯醚与双酚A进行亲核取代缩聚所得相同结构的聚酰亚胺的~(13)C-NMR表征结果一致。~(13)C-NMR，~1C-NMR鉴定结果还表明利用双(酞酰亚胺)一醚虽需较高温度条件下进行取代缩聚反应，而聚合物的化学结构没有受到破坏。~(13)C-NMR也证明了从双（3－氯代酞酰亚胺）二苯醚出发所合成的聚合物的化学结构。用X－射线对不同结构的聚酰亚胺均聚物和共聚物进行结晶性的初步鉴定，其中由双酚醚和联苯双酚分别与双（4－氯代酞酰亚胺）二苯醚的缩聚产物具有一定程度的结晶，并通过DSC析测发现结晶熔融吸热峰予以进一步证实。普通X－射线鉴定结果对3位和4位异构聚酰亚胺的溶解性能上的差异作出解释。对不同结构的聚酰亚胺用居里点裂解器进行裂解色谱的初步研究和探讨，通过主要裂解产物进一步证明所合成的聚合物的化学结构，并讨论了裂解过程和机理。对各种不同结构的均聚和共聚聚酰亚胺进行溶解性及热稳定性的研究，并与从二胺和二酐出发合成的聚酰亚胺进行比较。亲核取代缩聚法所合成的聚酰胺不仅均有较明显的玻璃化转变，而且也有较好的溶解性能。从二酐与二胺所得相同结构的聚酰亚胺溶解性能不好，可能是由于在热处理环化过程中不易掌握容易产生交联所致。在溶解性能方面还表明3位异构体聚酰亚胺普遍处于4位异构体，由双酚A参与共聚的聚酰亚胺其溶解性能却不同程度地得到改善。热性能研究表明4位异构体聚酰亚胺较3位异构体聚酰亚胺稍稳定，由二酐与二胺缩聚和通过某核取代缩聚所得的相同结构的聚亚胺经DTA和DSC测试，其热稳定性基本相同。