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聚醚酰亚胺是聚酰亚胺的一个重要品种,是一种易加工,价格低廉且综合性能优良的热塑性工程塑料。GE公司开发出了商品化的聚醚酰亚胺Ultem(R),它是由双酚A二酐和间苯二胺缩聚得到的。双酚F二酐在结构上和双酚A二酐类似,然而由双酚F二酐衍生得到的聚醚酰亚胺的研究还是空白。同时,异构聚酰亚胺比传统聚酰亚胺具有更高的玻璃化转变温度,更好的溶解性,更低的熔融黏度,并具有相当的机械性能和热稳定性能。
因此本论文对双酚F型异构聚醚酰亚胺进行了以下方面的研究工作:
1、用苯酚和甲醛为原料,合成了双酚F二酐(BPFDA)异构体(4,4-BPFDA,3,3-BPFDA,4,4-BPFDA:3,3-BPFDA=1:1),双酚F二酐异构体分别和间苯二胺(m-PDA)、4,4-二氨基二苯醚(4,4-ODA)、1,4-(4-氨基苯氧基)苯(TPEQ)反应,得到了不同的双酚F型异构聚醚酰亚胺。
2、采用红外分析(FT-IR)、核磁共振分析(NMR)、黏度测试、溶解度实验、力学性能分析、热失重分析(TGA)和示差扫描量热分析(DSC)等测试方法,对所合成的聚酰亚胺的结构与性能进行了表征。结果表明:聚合物的比浓对数黏度在0.5～0.6dL/g,具有比较高的分子量,同时都具备很好的溶解性,不仅溶于极性非质子溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N.N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等,也能溶于非极性溶剂氯仿。由异构双酚F二酐得到的聚酰亚胺溶解性规律为:3,3-＞混合-＞4,4-聚酰亚胺;玻璃化转变温度规律为:3,3-＞混合-＞4,4-聚酰亚胺:3种异构聚酰亚胺的热稳定性相近;所有的聚合物都能形成很好的韧膜,聚合物薄膜拉伸强度在100MPa左右,模量约为3GPa,断裂伸长率在7％左右,显示出较良好的力学性能。此外,双酚F型异构聚醚酰亚胺的薄膜测出的玻璃化转变温度要远远高于粉末测出的值,大约高出20～40℃,这可能是由于双酚F聚醚酰亚胺中的亚甲基结构比较活泼,在高温有氧的条件下容易生成自由基,自由基相互反应形成了交联结构,使Tg升高。
3、采用相同的二胺,对比研究了4,4-双酚F型聚醚酰亚胺和相应双酚A型聚醚酰亚胺的性能。结果发现:和双酚A型聚醚酰亚胺相比,双酚F型聚醚酰亚胺的热稳定性较差;双酚F型聚醚酰亚胺的Tg也略低;力学性能相当;然而,双酚F型聚醚酰亚胺薄膜的Tg值比双酚A聚醚酰亚胺高出30℃左右;双酚F型聚醚酰亚胺薄膜在间甲酚和氯仿中不能溶解而双酚A型聚醚酰亚胺则能很好的溶解;双酚F型聚醚酰亚胺在315℃左右其熔体黏度开始上升,发生了交联反应,而双酚A型聚醚酰亚胺则是在380℃左右熔体黏度开始上升,说明双酚A型聚醚酰亚胺具有更好的熔体稳定性,其熔融加工性能更好。