POSS共价杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究
发布时间：2021-08-27 17:54
聚酰亚胺（PI）作为一种高性能材料,因其优异的力学性能、热稳定性、良好的光电性能等,已被广泛地应用在绝缘、新能源、航空、航天、激光、微电子等高分子材料领域。然而,芳香族聚酰亚胺特殊的结构易形成电荷转移络合物和链的致密堆积,造成其较差的加工性能、低透明度和高介电常数,极大限制了它们在先进微电子和光电子学中的应用。因此,设计开发高透明、易溶解、综合性能优异的聚酰亚胺薄膜对于聚酰亚胺的广泛应用具有重要意义。多面体聚倍半硅氧烷（POSS）具有独特的笼状分子结构,结合了无机和有机材料的优越性能。本文选取POSS作为纳米杂化材料,通过化学键的方式将功能化的POSS引入到聚酰亚胺分子链中,以期实现POSS与聚酰亚胺的“分子级杂化”,并探究POSS共价杂化对聚酰亚胺薄膜性能的影响。具体研究内容如下:（1）合成主链含羟基Cardo型聚酰亚胺,并通过共价接枝的方法将POSS接入聚酰亚胺的侧链,制得侧链含POSS聚酰亚胺复合薄膜。POSS-聚酰亚胺复合膜不但具有高的机械性能、热稳定性能和优异的溶解加工性能,而且具有低且稳定的介电常数和介电损耗。在20 oC和106...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚酰亚胺结构单元
兰州大学硕士研究生学位论文POSS共价杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究2前，我国聚酰亚胺的产能已经高达4000吨/年，在产能上与发达国家间的差距日益减小，但在产品的精细化程度、性能稳定性、应用广泛性等方面仍然存在差距。表1-1典型的商品化芳香族聚酰亚胺1.1.2聚酰亚胺的制备方法二胺和二酐进行缩聚反应制备聚酰亚胺是目前实验室及工业化最常用的方法，根据聚合反应机理可分为一步法和两步法[9,10]。(1)“一步法”制备聚酰亚胺如图1-2所示，一步法是二胺和二酐溶解在间甲酚等高沸点溶剂中直接聚合生成聚酰亚胺。该方法需要不断除掉反应时生成的水，以确保得到较高的分子量。一步法溶剂的选择有限且工艺不够完善。因此，该方法在应用上受限。图1-2“一步法”制备聚酰亚胺(2)“两步法”制备聚酰亚胺两步法是目前制备PI最普遍的方法。如图1-3所示，该方法首先通过二胺和二酐在N-甲基吡咯烷酮（NMP）等非质子极性溶剂中形成前驱体聚酰胺酸（PAA）溶液，然后通过PAA溶液热或化学亚胺化形成聚酰亚胺。该方法可利用PAA溶液进行加工成型如溶液纺丝或流延成膜后再热处理成聚酰亚胺。产品牌号研发机构及商品化时间结构式Kapton美国DuPont公司（1961年）Kerimid601法国Rhone-Poulene公司（1969年）Torlon美国Amoco公司（1976年）Upilex日本宇部兴产公司（1978年）Ultem美国GE公司（1982年）Regulus日本三井东压公司（1994年）
兰州大学硕士研究生学位论文POSS共价杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究5图1-4含有柔性单元的二胺和二酐单体Reiner[40]等人基于单苯基均苯四酸二酐（MPPMDA），二苯基化均苯四酸二酐（DPPMDA），以及苯基化对亚苯基二胺和1,1-联萘-4,4"-二胺制备了棒状结构的聚酰亚胺。所研究的棒状均聚酰亚胺仅可溶于间甲酚或对氯苯酚等溶剂。合成的棒状芳族聚酰亚胺显示出预期的热稳定性。刚性侧向取代基的引入增加了玻璃化转变温度。这可以通过比较结构上相似的聚酰亚胺与单苯基均苯四酸二酐和二苯基化均苯四酸二酐单元来证实。David[41]等人合成了含有叔丁基和苯基侧基的新型二酐，并将其与市售二胺单体进行反应制备了新型聚酰亚胺。侧基的存在和聚酰亚胺前体的方法极大地影响了聚合物性能，例如溶解度，玻璃化转变温度，热稳定性和机械性能。与同源未改性的聚酰亚胺相比，该聚合物在有机溶剂中显示出改善的溶解度。玻璃化转变温度略高，但耐热性通常较低。图1-5含有大体积侧基的二胺和二酐单体1.2.1.3引入扭曲非共平面结构含非共平面扭曲结构的聚酰亚胺分子链自由度较大，分子链间作用力较低，进而提高聚酰亚胺的溶解性和加工性能。同时，刚性分子链的破坏降低了聚酰亚胺材料CTC效应，提高了聚酰亚胺的透光率。目前，研究较多的是在主链中引入噻吩、咔唑、喹喔啉、三碟烯和Cardo等结构[42-46]。1.2.1.4引入支化结构超支化聚酰亚胺的结构中含有支化结构和端基，因此使得材料具有一些独特
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体化成型制备高性能聚酰亚胺纤维新技术[J]. 郑宁来. 合成技术及应用. 2017(02)
[2]Fluorinated Polyimide/POSS Hybrid Polymers with High Solubility and Low Dielectric Constant[J]. 汪称意,Wen-tao Chen,Chang Xu,赵晓燕,Jian Li. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[3]聚酰亚胺的合成与改性研究[J]. 周宏福,刘润山. 合成技术及应用. 2009(01)
[4]聚酰亚胺的合成与研究[J]. 王卫,李承祥,张国斌,盛六四. 材料导报. 2008(02)
[5]高性能聚酰亚胺的进展[J]. 李生柱,吴建华,朱小华,张樑. 化工新型材料. 2002(06)
硕士论文
[1]POSS改性聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备与性能研究[D]. 刘畅.兰州大学 2019
[2]含二氮杂芴结构高性能聚合物的设计、制备及性能研究[D]. 邓博.兰州大学 2018
本文编号：3366817
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚酰亚胺结构单元
兰州大学硕士研究生学位论文POSS共价杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究2前，我国聚酰亚胺的产能已经高达4000吨/年，在产能上与发达国家间的差距日益减小，但在产品的精细化程度、性能稳定性、应用广泛性等方面仍然存在差距。表1-1典型的商品化芳香族聚酰亚胺1.1.2聚酰亚胺的制备方法二胺和二酐进行缩聚反应制备聚酰亚胺是目前实验室及工业化最常用的方法，根据聚合反应机理可分为一步法和两步法[9,10]。(1)“一步法”制备聚酰亚胺如图1-2所示，一步法是二胺和二酐溶解在间甲酚等高沸点溶剂中直接聚合生成聚酰亚胺。该方法需要不断除掉反应时生成的水，以确保得到较高的分子量。一步法溶剂的选择有限且工艺不够完善。因此，该方法在应用上受限。图1-2“一步法”制备聚酰亚胺(2)“两步法”制备聚酰亚胺两步法是目前制备PI最普遍的方法。如图1-3所示，该方法首先通过二胺和二酐在N-甲基吡咯烷酮（NMP）等非质子极性溶剂中形成前驱体聚酰胺酸（PAA）溶液，然后通过PAA溶液热或化学亚胺化形成聚酰亚胺。该方法可利用PAA溶液进行加工成型如溶液纺丝或流延成膜后再热处理成聚酰亚胺。产品牌号研发机构及商品化时间结构式Kapton美国DuPont公司（1961年）Kerimid601法国Rhone-Poulene公司（1969年）Torlon美国Amoco公司（1976年）Upilex日本宇部兴产公司（1978年）Ultem美国GE公司（1982年）Regulus日本三井东压公司（1994年）
兰州大学硕士研究生学位论文POSS共价杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究5图1-4含有柔性单元的二胺和二酐单体Reiner[40]等人基于单苯基均苯四酸二酐（MPPMDA），二苯基化均苯四酸二酐（DPPMDA），以及苯基化对亚苯基二胺和1,1-联萘-4,4"-二胺制备了棒状结构的聚酰亚胺。所研究的棒状均聚酰亚胺仅可溶于间甲酚或对氯苯酚等溶剂。合成的棒状芳族聚酰亚胺显示出预期的热稳定性。刚性侧向取代基的引入增加了玻璃化转变温度。这可以通过比较结构上相似的聚酰亚胺与单苯基均苯四酸二酐和二苯基化均苯四酸二酐单元来证实。David[41]等人合成了含有叔丁基和苯基侧基的新型二酐，并将其与市售二胺单体进行反应制备了新型聚酰亚胺。侧基的存在和聚酰亚胺前体的方法极大地影响了聚合物性能，例如溶解度，玻璃化转变温度，热稳定性和机械性能。与同源未改性的聚酰亚胺相比，该聚合物在有机溶剂中显示出改善的溶解度。玻璃化转变温度略高，但耐热性通常较低。图1-5含有大体积侧基的二胺和二酐单体1.2.1.3引入扭曲非共平面结构含非共平面扭曲结构的聚酰亚胺分子链自由度较大，分子链间作用力较低，进而提高聚酰亚胺的溶解性和加工性能。同时，刚性分子链的破坏降低了聚酰亚胺材料CTC效应，提高了聚酰亚胺的透光率。目前，研究较多的是在主链中引入噻吩、咔唑、喹喔啉、三碟烯和Cardo等结构[42-46]。1.2.1.4引入支化结构超支化聚酰亚胺的结构中含有支化结构和端基，因此使得材料具有一些独特
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体化成型制备高性能聚酰亚胺纤维新技术[J]. 郑宁来. 合成技术及应用. 2017(02)
[2]Fluorinated Polyimide/POSS Hybrid Polymers with High Solubility and Low Dielectric Constant[J]. 汪称意,Wen-tao Chen,Chang Xu,赵晓燕,Jian Li. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[3]聚酰亚胺的合成与改性研究[J]. 周宏福,刘润山. 合成技术及应用. 2009(01)
[4]聚酰亚胺的合成与研究[J]. 王卫,李承祥,张国斌,盛六四. 材料导报. 2008(02)
[5]高性能聚酰亚胺的进展[J]. 李生柱,吴建华,朱小华,张樑. 化工新型材料. 2002(06)
硕士论文
[1]POSS改性聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备与性能研究[D]. 刘畅.兰州大学 2019
[2]含二氮杂芴结构高性能聚合物的设计、制备及性能研究[D]. 邓博.兰州大学 2018
本文编号：3366817
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