支爪形聚酰胺的合成及对高氯酸铵包覆后的流变性能研究
【摘要】：线性聚酰胺是一类常用的环氧树脂固化剂,但因其分子间的排列较为紧密,在固化过程中,易导致体系的流变性变差,固化速度加快,进而不利于提高固化材料的使用性能和力学强度。本文通过对该类固化剂的分子结构进行支化改造,并在其各支链末端引入爪基--氨基,形成“支爪形”聚酰胺。致使该化合物具有如下特点：(1)分子结构支爪化,可显著降低分子间的紧密排列,改善固化体系的流变性；(2)分子结构支爪化,可导致爪基之间的位阻效应显著提高,致使交联反应的速率降低,有利于材料浇注；(3)多个爪基在固化时,有利于提高交联密度,从而改善材料力学性能。本文主要的主要内容和结论如下：通过丙烯腈与乙二胺经亲核加成反应,合成出一种有机多腈N,N,N’,N’-四(2-氰基乙基)乙二胺,该中间体再通过催化加氢反应合成出化合物N,N,N’,N’-四(3-氨基丙基)乙二胺,然后与精二聚酸进行缩聚反应,制得新型化合物--支爪形聚酰胺。通过正交实验研究反应时间、反应温度、总酸与总胺的摩尔比等因素对缩聚反应的影响以及对产物的胺值、酸值、碘值、皂化值的影响,确定最佳反应条件为：反应时间控制在2h,反应温度控制在190℃,酸胺摩尔比控制为1：1.5。在此条件下得到的产物的胺值为308、酸值为4、碘值为368、皂化值为139、分子量为709。将所合成的化合物进行一系列的表征,经红外、核磁、质谱、热分析等表征手段确证其结构；结果表明所合成的化合物即为支爪形聚酰胺。以聚乙烯亚胺和1-溴代十八烷为原料,以四氢呋喃为溶剂,再通过加入等摩尔的NaOH甲醇溶液,经过洗涤和干燥,成功合成了一种具有梳形结构的两亲性化合物,并经傅立叶红外光谱(IR)、核磁共振(1H NMR)、热分析(TGA)等表征手段确证其结构,结果表明所合成的化合物即为梳状聚乙烯亚胺助剂。由于此化合物在亲水亲油两方面的协同作用,可以使无机固体粉末在有机粘性溶剂中具有良好的分散性,从而减少溶剂的用量,显著改善体系的流变性能,降低体系的粘度,增强体系挥干固体或交联固体的最终强度。高氯酸铵粉体被不同配比的支爪形聚酰胺与梳状分子包覆时所呈现的流变性能进行研究。采用傅立叶红外光谱(IR)和扫描电子显微镜图谱(SEM),确证了高氯酸铵成功被支爪形聚酰胺与梳状分子所包覆。通过对比不同配比的实验对照品的四种不同类型的流变学曲线可知,添加1.5：1的支爪形聚酰胺能够有效改善体系的流变性,且梳状分子助剂的加入起到辅助改善体系流变性的效果。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O633.22
【目录】：
· 摘要4-5
· Abstract5-10
· 第1章绪论10-24
· 1.1 聚合物流变学理论的应用研究10-13
· 1.1.1 聚合物的流动类型10-11
· 1.1.2 影响聚合物流变性能主要因素11-12
· 1.1.3 聚合物溶液的剪切特征12-13
· 1.2 超支化聚合物的应用研究13-19
· 1.2.1 超支化聚合物的研究背景14-15
· 1.2.2 超支化聚合物的结构及其性能15-18
· 1.2.3 超支化聚合物的应用18-19
· 1.3 柱状树枝化聚合物的应用研究19-23
· 1.3.1 柱状树枝化聚合物的结构、性能及应用19-21
· 1.3.2 柱状树枝化聚合物的合成研究进展21-23
· 1.4 本论文的研究目的、意义及主要内容23-24
· 第2章支爪形聚酰胺的合成及表征24-44
· 2.1 实验部分24-32
· 2.1.1 实验原料和仪器24-25
· 2.1.2 实验原理25
· 2.1.3 N,N’N’,N’-四(2-氰基乙基)乙二胺的合成25
· 2.1.4 N,N,N’,N’-四(3-氨基丙基)乙二胺的合成25-26
· 2.1.5 支爪形聚酰胺的合成26
· 2.1.6 正交实验26
· 2.1.7 红外吸收光谱26-27
· 2.1.8 核磁共振测试27
· 2.1.9 质谱测试27
· 2.1.10 热分析测试27
· 2.1.11 酸值、胺值、碘值、皂化值的测定27-31
· 2.1.12 分子量的测定31
· 2.1.13 对Raney Ni催化剂的活化处理31-32
· 2.2 结果与讨论32-43
· 2.2.1 反应工艺条件对产物性能的影响32-33
· 2.2.2 正交实验结果33-38
· 2.2.3 红外吸收光谱分析38-40
· 2.2.4 核磁共振分析40-41
· 2.2.5 质谱分析41-42
· 2.2.6 热分析42-43
· 2.3 本章小结43-44
· 第3章梳状多胺的合成及表征44-49
· 3.1 实验部分44-46
· 3.1.1 实验原料和仪器44-45
· 3.1.2 实验原理45
· 3.1.3 梳状助剂的合成45-46
· 3.1.4 红外吸收光谱46
· 3.1.5 核磁共振测试46
· 3.1.6 热分析测试46
· 3.2 结果与讨论46-48
· 3.2.1 红外吸收光谱分析46-47
· 3.2.2 核磁共振分析47
· 3.2.3 热分析47-48
· 3.3 本章小结48-49
· 第4章有机多胺包覆AP的流变性能研究49-58
· 4.1 实验部分50-51
· 4.1.1 实验原料和仪器50
· 4.1.2 实验原理50
· 4.1.3 工艺助剂对AP进行包覆50
· 4.1.4 红外吸收光谱50-51
· 4.1.5 扫描电子显微镜51
· 4.1.6 流变性能测试51
· 4.2 结果与讨论51-57
· 4.2.1 红外吸收光谱分析51-53
· 4.2.2 扫描电子显微镜53
· 4.2.3 AP被工艺助剂包覆后的流变性能测试结果及分析53-57
· 4.3 本章小结57-58
· 第5章结论58-59
· 致谢59-60
· 参考文献60-67
· 硕士期间发表论文67
