孔祥俊开题报告.doc

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1、山东轻工业学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于L-异亮氨酸的旋光性聚酰胺酰亚胺的合成与表征课题类型实验研究导师姓名陈寿花学生姓名孔祥俊学 号1专业班级高分07-2一 选题目的及意义聚酰胺酰亚胺（PAI）是一种热塑性树脂，分子中同时含有芳杂亚胺基团和酰胺基团，芳杂亚胺基团可以赋予PAI优良的耐热稳定性，酰胺基团常会赋予PAI良好的力学性能与加工性能，同时两种基团均有助于提高聚合物的折射率，因此PAI具有优良的耐热性、介电性、机械性能和化学稳定性1，是一种性能卓越的工程塑料，在许多领域尤其是光电领域得到了广泛的应用2,3。PAI可用于制备高性能电绝缘漆。随着现代工业的发展，电子、电气装备等的工

2、作温度都比较高，需采用耐高温的漆包线漆，在这些耐高温的漆包线漆中，需求量最大的是PAI漆包线漆。PAI漆包线漆不仅耐热性高，而且大幅度提高与导体的粘合性和耐磨性4。另外，PAI漆包线漆具有优良的自润滑性能，在线圈绕线时不需另添加润滑剂5。PAI还可用于制备纳米复合材料。比如，纳米二氧化钛均匀分散在PAI基体中，这样就把无机物的刚性、尺寸稳定性、热稳定性、阻燃性与有机物的韧性、加工性及介电性能综合在一起，从而产生出许多新的特殊性能，在电子、电工领域展现出广阔的应用前景6。此外，PAI还可用于制备分子印迹聚合物。它是一类具有分子识别功能的新型仿生材料，酰胺及酰亚胺这些功能性官能团的片段通过氢的键合

3、在分子印迹聚合物中具有重要的作用。在分子印迹聚合物之前，有两类体系也具有分子识别功能。一类是生物识别体系，识别专一性高，但制备复杂，稳定性差，易失去活性结合位点；另一类是化学识别体系，虽克服了生物识别体系的一些缺点，但是识别专一性较差。分子印迹聚合物基本上具备了两者的优点，专一性高、制备简单、稳定性好，可重复使用。在分离提纯、免疫分析、模拟酶及生物传感器等方面展示出很强的应用潜力与广泛的应用前景7。异亮氨酸是二十种基本氨基酸的其中一种，而且几乎在所有蛋白质的结构里都存在着。异亮氨酸分子中碳和碳都是不对称原子，所以异亮氨酸具有四种对映异构体：L-亮氨酸、D-异亮氨酸、L-别构异亮氨酸、D-别构异

4、亮氨酸。通常出现在蛋白质中的为L-异亮氨酸。L-异亮氨酸具有旋光性。本实验中，拟对一类具有特殊结构的聚酰胺酰亚胺（PAI）结构与性能的关系进行研究。通过在PAI的分子中引入手性基团，希望利用酰亚胺环、酰胺键以及手性氨基酸L-异亮氨酸的协同作用，赋予PAI良好的溶解性能、耐热性能和力学性能的同时，还具有旋光性及生物可降解性，因而在集成光路材料、绝缘材料以及液体混合物分离和纯化特别是手性分离材料等领域具有广泛的应用前景。二、 国内外研究现状 近年来高科技迅猛发展，热稳定性聚合物受到了越来越广泛的关注。芳香聚酰亚胺及其共聚物作为一类具有优良的耐热性能的材料，具有优异的热稳定性、机械性能、化学稳定性及

5、介电性能。然而这类聚合物存在一些缺点：软化温度高、在有机溶剂中溶解性能差、加工性能劣，从而限制了它的应用范围。因此要对聚酰亚胺进行改性使其性能更加优良，在具有耐热性能的同时具有良好的溶解性能与加工性能。目前，对聚酰亚胺进行改性主要有两种方法8：一种是通过共聚提高其加工性能，如与聚酰胺共聚获得性能优良的聚酰胺酰亚胺（PAI）；另一种是改善其结构，可以在主链中引入柔性基团、不对称分子、球形侧基等。这样，通过改性获得的芳香聚酰胺酰亚胺（PAI），同时具有了聚酰胺和聚酰亚胺两类聚合物的优点：优良的耐热性能、好的机械性能以及加工性能。因而芳香聚酰胺酰亚胺（PAI）作为性能优良的材料得到了广泛的关注。PA

6、I 的制备方法主要有以下几种。一、酰氯路线法：以偏苯三酸酐( TMA) 、酰氯或其衍生物和二胺等为原料来制备PAI7 。二、异氰酸酯路线法：以TMA 和二异氰酸酯为主要原料来制备PAI 。该方法通常又分为以下3 种方法：(1)直接制备法，即用等摩尔的TMA 和二异氰酸酯反应合成高聚合度的PAI；(2)预聚体制备法，即通过控制反应体系中TMA 和二异氰酸酯的配比制备出低分子量的PAI ，即PAI 预聚体；采用一定的封闭试剂如苯酚、对氯苯酚和己内酰胺等来封闭二异氰酸酯；将PAI 预聚体和封闭的二异氰酸酯进行复配制备出PAI7。（3）整合制备法，既采用TMA 和二异氰酸酯为原料，通过在反应过程中加入

7、适量的封闭剂(如苯酚) 制备出适当聚合度的一端为封闭异氰酸酯另一端为酸酐的预聚体， 使用时高温下封闭端解封，预聚体进一步扩链形成高聚合度的PAI。整合制备法，工艺相对简单，可以有效克服直接制备法和预聚体制备法的弊端，因此是一种非常有前途的制备PAI的方法9,10。另外，手性聚合物目前也备受关注。比如手性固定相、手性合成、手性催化、手型液晶等11-13。通过在主链引入手性源可以获得这些聚合物，常见的手性源是L-氨基酸。使用L-氨基酸作为手性源除使聚合物具有旋光性外，还使聚合物具有生物活性和生物可降解性。因此，手性聚酰胺酰亚胺的合成就可以L-氨基酸作为手性源，使聚合物具有良好的溶解性能、耐热性能和

8、力学性能的同时，具有旋光性和生物可降解性。除手性聚酰胺酰亚胺外，人们还对聚酰亚胺酰亚胺进行了其他的改性。比如，在聚酰胺酰亚胺（PAI）分子结构中引入含硫基团，利用酰亚胺环、酰胺键和含硫基团的协同作用，赋予PAI高折射率，低双折射以及良好的溶解性能、耐热性能和力学性能14；在PAI分子中引入含氟基团，使PAI具有优良的透明性，良好的成膜性以及低介电常数与介电损耗，因此在微电子用封装材料与层间绝缘材料、光电子用光学涂层等领域得到了广泛的应用15。三、主要参考文献1 Yang CP,Chen RS,Hung KS. Synthesis and properties of soluble colorl

9、ess poly(amide-imi- de)s based on N,N-bis(3-carboxyphenyl)-4,4-oxydiphthalimide andvarious aromatic diamines J . Polymer, 2001,42:4569-4577.2 刘波,兰建武,吴乐等. 聚酰胺酸酰亚胺化条件及其对聚酰亚胺力学性能的影响J. 合成纤维,2008,10:27-30.3 刘德辉,吴航,夏建峰. 端基封闭法合成聚酰胺酰亚胺J.绝缘材料,2002,(1):9-11.4 刘文钦,张清祺. 自润滑聚酰胺酰亚胺漆包线漆J. 绝缘材料通讯,2000,(4):8-10.5 缪敬

10、昌,周建春. 聚酰胺酰亚胺(PAI)漆包线漆常见问题的原因及对策J. 绝缘材料通讯,1988,(3):4-7.6 施利毅. 气相氧化法制备超细TiO2粒子的研究进展J. 材料导报,1998,12 (6) :23-26.7 陈立军,张心亚,黄洪等. 聚酰胺酰亚胺的制备及其应用J. 绝缘材料,2005,5:61-64. 8 王大伟,孙希军,纪晨旭等. 基于L-型氨基酸的手性聚酰胺酰亚胺的研究进展J. 化工新型材料，2010,38(8):9-10(65).9 刘德辉,吴航,夏建峰. 端基封闭法合成聚酰胺酰亚胺J.绝缘材料,2002,(1):9-11.10 刘德辉,刘学贵,吴航等. 整合法合成聚酰胺酰

11、亚胺及应用研究J. 沈阳化工学报,2000,14(4):244-247.11 Hajipour AR,Zahmatkesh S,Zarei A,Khazdooz L. Synthesis andcharacterization of novel optically active poly(amide-imide)s via directamidationJ. European Polymer Journal,2005, 41:229.12 Mallakpour,Rafiemanzelat. Diisocyanate route as a convenient method for the pr

12、eparation of novel optically active poly(amideimide)s based on N-trimellityl imidoSvaline J. European Polymer Journal,2005,41:2945-2955.13 De La Campa JG,de Abajo J,Nieto JL. Aliphatic-aromatic polyamide-imides from diisocya- nates J. Makromol Chemical,1982,183:571.14 李卓,刘金刚,高志琪等. 有机可溶性高折射率聚酰胺酰亚胺的合成

13、与性能J. 高分子学报，2009,1:17-22.15 刘金刚,赵晓娟,杨海霞等. 有机可溶性含氟不对称聚酰胺酰亚胺的合成与性能J. 功能高分子学报，2008,21(4):353-358.四、研究内容本实验采用3,3,4,4-联苯四甲酸二酐(BPDA)与天然氨基酸L-异亮氨酸反应，制备新型的手性二酸化合物，并予以表征。然后以这种酸为原料，采用两种方法制备聚酰胺酰亚胺。第一种是异氰酸酯法，即在二甲基乙酰胺溶剂中通过二酸单体与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)之间发生的缩聚反应制得聚酰胺酰亚胺，并予以表征；第二种是亚胺二碳酸法，即以N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）为溶剂，亚磷酸三苯酯（TPP）与吡啶为

14、缩合剂，氯化钙为助溶剂，通过Yamazaki-Higashi反应，直接与4,4-二氨基二苯醚反应制得聚酰胺酰亚胺，并予以表征。表征方法：傅里叶红外光谱、核磁共振、元素分析、旋光仪、DSC、TGA等。系统研究手性氨基酸结构及联苯结构对PAI溶解性能、耐热性能以及光学性能的影响规律。五、研究方法及技术路线联苯四甲酸二酐(BPDA)和L-异亮氨酸反应生成二元羧酸从而引入手性中心，然后与二苯基甲烷二异氰酸酯或4,4-二氨基二苯醚进行缩聚反应制得手性聚酰胺酰亚胺。1.物料准备通过查阅文献，初步确定原料配比、反应温度、反应时间、反应氛围等主要影响因素。2. L-异亮氨酸衍生的手性酰亚胺二酸单体的合成首先采

15、用 BPDA(联苯四甲酸二酐)与 L-异亮氨酸反应生成手性的酰亚胺单体，其中 L-异亮氨酸是作为手性源引入单体的，得到一种新型的手性二酸。3. L-异亮氨酸衍生的手性酰亚胺单体的分析与表征利用傅里叶红外光谱、核磁共振等方法对手性酰亚胺单体进行表征。分析L-异亮氨酸衍生的手性酰亚胺单体的结构及其纯度。4. L-异亮氨酸衍生的手性聚酰胺酰亚胺的合成 （1）。在50 mL的三口瓶中依次加入已制备的手性酰亚胺二酸单体、二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)、干燥的二甲基乙酰胺，控制反应条件，反应制得聚合物II。 （2）在50 ml三口瓶中依次加入已制备的适量手性酰亚胺二酸单体、4,4-二氨基二苯醚、无水氯化

16、钙、亚磷酸三苯酯、吡啶、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），控制反应条件，反应制得到聚合物I。5、异亮氨酸衍生的手性聚酰胺酰亚胺的表征与分析（1）、对手性聚酰胺酰亚胺进行红外光谱测试、核磁共振测试、元素分析，以确定聚合物组成与结构。（2）、以差热扫描量热仪(DSC)或TGA研究手性聚酰胺酰亚胺的耐热性质。测定条件均在氮气环境下。（3）、对手性聚酰胺酰亚胺进行聚合物溶解性测试，在各种溶剂中同质量溶解。（4）、以旋光仪测定手性聚酰胺酰亚胺的旋光度。6.得到结果并进行讨论 实验所制备的手性单体与聚合物均显示出较高的旋光性，同时聚合物结构中存在的刚性的联苯结构赋予了PAI优良的热稳定性，同时聚合物在大部分极性溶剂中展现出优良的溶解性能。六、时间安排第1-4周：领取实验课题以及实验准备阶段，并翻译外文文献；第5周：完成开题报告；第6周：开始实验；第7-9周： 实验期；第10周：进行中期检查；第11-13周：开始下阶段实验；第14周：完成毕业论文；第15周：论文答辩。七、 预期成果通过在PAI分子结构中引入L-异亮氨酸，利用酰亚胺环、酰胺键以及L-异亮氨酸的协同作用，赋予PAI良好的溶解性能、耐热性能和力学性能的同时，还具有旋光性及生物可降解性。 年 月 日指导教师意见：指导教师： 年 月 日