探析含芳环聚酰胺的合成与表征

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1、浙江大学化工系博士学位论文含芳环聚酰胺的合成与表征姓名：常静申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：冯连芳;胡国华20091210浙江大学博士学位论文摘要作为高性能工程塑料中的一类，聚酰胺因具有优良的力学性能和较好的电性能，又具有耐磨、耐高温、耐溶剂、耐化学腐蚀性等特点而备受关注。我国对聚酰胺的研究相对较晚，在工业化过程中仍存在很多技术问题，这些问题的解决依赖于深入的基础研究。从主链结构上考虑，聚酰胺可分为脂肪族和芳香族，不同链结构的聚酰胺在合成方法上有显著的差异。含芳环链结构单元的嵌入，主链刚性逐渐增强，加上氢键作用，使含芳聚酰胺的表征愈加

2、困难。因此，对不同链结构的聚酰胺的合成方法及表征方法的研究具有重要的现实意义。论文分别采用水、N．甲基吡咯烷酮(NMP)和离子液体(IL)为溶剂分别合成了脂肪族聚酰胺、半芳香聚酰胺和全芳香聚酰胺，并进行比较分析；采用三种方法实现了难溶聚酰胺的分子量分布及其结构的表征。论文取得了以下创新性研究结果：以水为溶剂合成聚酰胺共聚物(PA6T．CO一66)，考察反应时间和反应温度的影响，最佳反应温度为220。C，最佳反应时间为5h。采用离子液体为溶剂合成聚对苯二甲酸已二胺(PA6T)，与以水为溶剂时的聚合相比，反应时间显著缩短，反应温度显著降低，聚合物的

3、分子量提高且分布变窄；离子液体为溶剂时得到的聚酰胺的熔点和结晶温度均有降低，而对热稳定性影响不大。发现离子液体中的含水量对聚合有显著影响，严格除水的离子液体可回收使用，且回收次数对聚合结果影响不大。以对苯二甲酰氯和对苯二胺为单体，NMP．氯化钙为溶剂，合成了高分子量的全芳聚酰胺PPTA，单体摩尔配比、单体浓度、反应时间、起始反应温度、搅拌转速均对PPTA的重均分子量有影响，其中单体摩尔配比对聚合物分子量影响最为敏感，以TPC稍过量为宜；转速对于聚合分子量的影响主要体现在低转速范围，当转速超过某一临界值时，转速对PPTA分子量几乎没有影响。分别采

4、用含芳聚酰胺乙酰化、全芳聚酰胺烷基化的方法，使难溶聚酰胺溶于四氢呋喃，实现了用GPC表征分子量及分子量分布。结合特性粘度的测定，得到了30。C下PPTA在96％硫酸溶液中的Mark．Houwink方程；综合文献中的数据和本文结果，获得了适用于较宽分子量范围的M．H方程：Jr／I：=6．47x10’3蛾傩mL／g，104≤帆≤6x104。发展了一种新的用于表征难溶聚m含芳环聚酰胺的合成与表征酰胺的分子量的方法，即将基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI．TOFMS)用于表征分子量及分子量分布，获得了离子液体中合成产物PA6T的链结构，表明其

5、主链为线性。将MALDI—TOFMS和GPC两种方法测得的PA6T的平均分子量和分子量分布指数进行对比，表明MALDI．TOFMS测得的平均分子量及分布指数均低于GPC法。MALDI．TOFMS研究表明，PA6T中存在三种端基结构聚合体：两端均为氨基或羧基、或一端为氨基另一端为羧基。分子量提高，脂肪族聚酰胺和半芳聚酰胺的热稳定性和耐热性也升高；端氨基聚酰胺比端羧基聚酰胺更易分解，端羧基PA6T的耐热性高于端氨基PA6T，而端基类型对PA66的熔点和结晶温度影响较小；当主链引入苯环后，熔点和结晶温度大幅增加，最大热分解温度也有升高。用差示扫描量热

6、法考察了不同组成的PA6T．CO．66共聚物及PA6T在不同降温速率下的非等温结晶动力学。分别用Avrami、Jeziomy、Ozawa、Mo法分析非等温结晶条件下的结晶行为，得到了相关的非等温结晶动力学参数。用Augis—Bennet，Kissinger和Takhor三种方法得到了样品的非等温结晶活化能，发现活化能随着共聚物中6T含量的增加而增加。关键词：聚酰胺，PA6T，PPTA，离子液体，分子量及分布，非等温结晶动力学IV浙江大学博士学位论文SUMMARYAsonekindofthehi曲performanceengineeringpla

7、stics，polyamidehasbeencaughtthesightforitsexcellentmechanicalpropertyandgoodelectricperformance，aswellasweal"resistance，solventresistance，chemicalresistancehightemperaturetolerance．111eresearchforpolyamideinourcountryisrelativelate．andtherearemanyproblemsincommercialprocess，

8、whichneedplentyoffundamentalresearches．Ontheotherhand,astheconsidentofmainc