耐热透明聚酰胺的设计合成及性能研究

作     者：曾燚 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁勇杰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：透明聚酰胺 分子结构 熔融缩聚 耐热性 

摘      要：透明聚酰胺是一种对可见光具有高透过率的无定型或微结晶的热塑性材料,其透光率最高可达90％以上。作为一种具有出色综合性能的透明高分子材料，不仅具有良好的热稳定性、耐化学腐蚀性、较高的机械强度和优异的透明性等优点,还拥有易成型加工并且尺寸稳定性好等优势，因而市场需求旺盛，具有广阔的应用前景。针对国内透明聚酰胺产品产量少、品种少和耐热性低以及原料受限的问题，本论文从分子结构的角度出发，引入双酚A型结构、脂环结构以及采用共聚的手段来破坏聚合物链段的规整性，使得制备的聚酰胺为无定形态;并且双酚A型结构中含有的多个苯环，也提高了透明聚酰胺的耐热性。 本论文的研究工作首先是以廉价双酚A和对氟苯腈为原料，合成了中间体2,2-双[4-（4-氰基苯氧基）苯基]丙烷，再利用中间体在碱性条件下进行水解得到了一种以双酚A为母体的双酚A型二羧酸单体,2,2-双[4-（4-羧基苯氧基）苯基]丙烷（M）。通过1HNMR和MS表征，确定了中间体和目标单体的成功合成;其次，利用双酚A型二羧酸单体（M）分别与脂肪族二胺单体（丁二胺、己二胺、癸二胺）和脂环族二胺单体（4,4 -二氨基-二环己基甲烷（PACM）、异佛尔酮二胺（IPDA）、1,4-环己二胺（1,4-DCH））反应成盐，制得尼龙4M盐、尼龙6M盐、尼龙10M盐、尼龙PACMM盐、尼龙IPDAM盐、尼龙1,4-DCHM盐。并详细研究了成盐过程中的各种工艺条件，研究结果表明，成盐过程中粉末状原料可缩短成盐反应周期;合适的反应温度有利于成盐反应的快速进行，但高温易导致尼龙盐变黄;当DMF作为成盐溶剂时，加热条件下原料都能溶解，是一种理想的成盐溶剂。并确定最佳成盐工艺为:在N2氛围下，以N,N-二甲基甲酰胺为反应溶剂，70℃反应，制备的尼龙盐颜色最佳，合成尼龙4M盐、尼龙6M盐、尼龙10M盐、尼龙PACMM盐、尼龙IPDAM盐、尼龙1,4-DCHM盐时的二元酸和二元胺总质量与溶剂最佳比分别为1∶5、1∶5、1∶6、1∶7,1∶6,1∶6;最后，制备了多种耐热透明聚酰胺并对其性能进行了表征，通过熔融缩聚制备了脂肪族二胺类耐热透明聚酰胺PA4M、PA6M、PA10M和脂环族二胺类耐热透明聚酰胺PAPACMM、PAIPDAM、PADCHM,以及一步熔融共聚得到了一种新型耐热透明聚酰胺PA6M/6I共聚物，通过引入PA6I链段进一步破坏分子链结构规整性并提高透明性。对尼龙盐和耐热透明聚酰胺的结构、相转变行为、透光率、特性粘度、耐溶剂性、尺寸稳定性进行了表征。研究结果表明，利用红外光谱确定了聚酰胺的成功合成;通过DSC和TGA测试其热性能，表明所得聚合物都具有较高的玻璃化转变温度（ Tg）,且起始热分解温度高，具有优异的热稳定性;通过可见分光光度计测试其透明性，结果显示聚合物透明性良好;利用乌氏粘度计表征特性粘度，最终得到了特性粘度为0.61- 65 dL/g左右的耐热透明聚酰胺，与EMS商业产品TR55的特性粘度(0.64 dL/g)相近，基本满足工业需求;通过溶解性和吸水率测试表明聚合物吸水率均较低,且在非强极性溶剂中耐溶剂性良好。