基于三蝶烯结构自具微孔聚酰亚胺膜的制备及气体分离性能研究
聚酰亚胺作为常用商品化的膜材料之一，具有良好的热稳定性能、化学稳定性、机械性能以及高气体选择性等优点，但是存在不溶不熔、气体渗透性偏低、抗塑化性能较差的缺点。为了克服这些问题，从分子结构设计出发，在聚酰亚胺主链中引入三蝶烯结构，提高聚酰亚胺的可溶性和气体渗透性能，然后再引入羧基交联基团，通过交联后提高聚酰亚胺的抗塑化性能。 本文首先合成了二氨基三蝶烯DAT，并分别与6FDA和PMDA反应得到两种聚酰亚胺6FDA-DAT和PMDA-DAT，对其分子量、有机溶剂溶解性、热稳定性、自由体积分数(FFV)、玻璃化转变温度、d-spacing、气体渗透性、抗塑化性能及物理老化性能等一系列性能进行测试表征。研究发现在聚酰亚胺主链中引入具有三维刚性骨架结构的三蝶烯能够破坏聚合物链的紧密堆砌，从而提高聚酰亚胺的自由体积分数、d-spacing、热稳定性和有机溶剂溶解性，使得三蝶烯基聚酰亚胺具有很好的气体分离性能，并且所合成聚酰亚胺的玻璃化转变温度均高于450℃。同时还发现6FDA单体所含大体积-CF3基团能够破坏主链堆砌，进一步提高聚酰亚胺的各项性能。同时具有三蝶烯结构和-CF3基团的6FDA-DAT的CO2纯气体渗透系数达到202barrer，CO2/CH4理想选择性则达到28。 由于6FDA-DAT抗塑化性能较差，继而又合成了含羧基的三蝶烯基二胺DATCA，与DAT共同与6FDA反应得到两种含羧基的共聚聚酰亚胺6FDA-DAT/DATCA(9∶1)和6FDA-DAT/DATCA(8∶2)，并且将其在200-450℃的不同温度范围内热处理使其发生脱羧交联，然后对其进行一系列测试表征。结果发现6FDA-DAT/DATCA(9∶1)和6FDA-DAT/DATCA(8∶2)由于羧基的存在形成了很强的氢键作用，降低了共聚聚酰亚胺的FFV和d-spacing，进而降低了气体渗透性。6FDA-DAT/DATCA(9∶1)和6FDA-DAT/DATCA(8∶2)在玻璃化温度以下发生了热脱羧交联反应，并且气体渗透性随着交联温度的提高而提高，同时选择性下降。交联6FDA-DAT/DATCA(9∶1)和6FDA-DAT/DATCA(8∶2)在CO2压力达到30atm或(CO2∶CH41∶1)混合气体的CO2分压达到20atm时仍未发生塑化现象，而且共聚聚酰亚胺脱羧交联后还表现出抗物理老化的性能。
聚酰亚胺膜;制备工艺;气体分离性能;三蝶烯结构
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
李培
2018
中文
TQ323.7;TQ320.721
84
2018-09-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）