聚酰亞胺的化學結構在炭膜制備過程中的變化規律及熱解機理

李 琳, 祁文博, 王 虹, 張萍萍, 孫美悅, 王同華, 李建新, 曹義鳴

(1.大連理工大學精細化工國家重點實驗室炭素研究室,遼寧大連 116023；2.天津工業大學中空纖維膜材料與膜過程省部共建國家重點實驗室培育基地,天津 300023；3.中國科學院大連化學物理研究所,遼寧大連 116001)

聚酰亞胺的化學結構在炭膜制備過程中的變化規律及熱解機理

李 琳1, 祁文博1, 王 虹2, 張萍萍1, 孫美悅1, 王同華1, 李建新2, 曹義鳴3

(1.大連理工大學精細化工國家重點實驗室炭素研究室,遼寧大連 116023；2.天津工業大學中空纖維膜材料與膜過程省部共建國家重點實驗室培育基地,天津 300023；3.中國科學院大連化學物理研究所,遼寧大連 116001)

從分子設計出發,用不同的二胺單體和相同的二酐單體合成聚酰胺酸并制備聚合物膜。采用熱重、熱重-質譜、紅外和X射線光電子能譜分析聚酰胺酸在熱解過程中的結構變化及機理。結果表明,在熱解過程中,聚酰胺酸的熱解包括4個階段,經吸附水和吸附氧的脫除及溶劑揮發,亞胺化,交聯,以及高溫階段的主鏈斷裂、脫氧、脫氫、芳構化等熱解過程轉化為無定形炭結構。前驅體的結構不同導致熱解過程存在差異。PPD-PMDA和TMPPD-PMDA熱解時所需的溫度較高。其它聚酰亞胺析出CH4、CO2、C6H6的溫度順序為ODA-PMDA>BDAF-PMDA>BAPP-PMDA。在700℃熱解后,BDAF-PMDA所含的氟元素基本消失。這表明聚酰亞胺的化學結構對炭膜的微結構有較大影響。

聚酰亞胺；炭膜；化學結構；熱解機理

Foundation item:National Natural Science Foundation of China(20976021,21176036)；National High Technology Research and Development(Z2012AA03A611)；China Postdoctora/Science Foundation(2014M561232)；Fundamental Research Funds for the Central Universities(DUT14RC(3)119).

Author introduction:LI Lin,Lecturer.E-mail:lilin121@dlut.edu.cn

Corresponding author:WANG Tong-hua,Professor.E-mail:wangth@dlut.edu.cn

1 前言

炭膜是由含碳物質在惰性氣體或者真空氣氛下,經高溫熱解制備而成的一種新型的炭基膜材料。炭膜……