第14卷 第2期强激光与粒子束V o l.14,N o.2 2002年3月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S M ar.,2002 文章编号: 100124322(2002)022*******
聚酰胺酸合成工艺研究Ξ
张占文1, 王朝阳1, 钟发春2, 李 波1, 余 斌1, 魏 胜1, 黄 勇1
(1.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900; 2.中国工程物理研究院化工材料研究所,四川绵阳621900)
摘 要: 采用超声波在线测量溶液粘度的方法,研究了合成聚酰胺酸过程中实验条件的影响,并
对实验结果进行分析,由此确定了合成高分子量聚酰胺酸的最佳实验条件。研究表明:在加料次序为先
加二胺后加二酐(二酐与二胺的摩尔比为1.01～1.02:1)、试剂中含水量尽可能少,反应温度0～5℃、反
应时间以溶液粘度到达最大值为止的条件下,所合成的聚酰胺酸溶液粘度最大,可满足惯性约束聚变
(I CF)充气腔靶端口膜的需要。
关键词: 柱腔充气靶; 聚酰亚胺; 聚酰胺酸
中图分类号: TL639 文献标识码: A
在惯性约束聚变(I CF)研究中,制备好的实验用靶具有非常重要的意义[1～3]。柱腔充气靶已被列为美国国家点火装置上的基本靶型[4],它的研制对于开展激光等离子体耦合、X光的产生和内爆物理等方面的研究具有重要意义。为了满足柱腔充气靶动态充气的需要,在柱腔端口应有阻气薄膜。该薄膜具有一定的阻气能力,并且应尽量减少激光能量的损失。聚酰亚胺薄膜抗张强度大,当薄膜转变成等离子体时,对腔内产生的影响较少,因此它是最理想的端口膜。理论上预计聚酰亚胺薄膜膜厚在0.3Λm时,可以满足制靶的需要。随着薄膜厚度增加,产生的不利影响也增大,因此,必须制备亚微米厚的超薄聚酰亚胺薄膜。
聚酰亚胺薄膜现已大量生产,制备技术已日趋成熟,但商用薄膜与实验所需相差很大。商用薄膜通常较厚,一般都在10～100Λm左右。随着薄膜厚度减少,保持其原有的抗张强度和脱膜都变得很困难,因此,自支撑的亚微米厚聚酰亚胺薄膜国内外均无厂家生产,只能在实验室制备。制备的关键是:其一,薄膜强度不能降低;其二,可以脱膜。薄膜的强度和脱膜都与聚酰亚胺分子量有关,只有分子量足够高才能保证薄膜强度和容易脱膜。而影响聚酰亚胺分子量的主要因素是环化前聚酰胺酸的分子量,高分子量的聚酰胺酸才可能得到高分子量的聚酰亚胺薄膜,以满足柱腔充气靶端口膜的需要。
1 实验
1.1 实验原理
合成聚酰亚胺的通用方法是利用二胺和二酐反应生成聚酰胺酸,然后再热环化生成聚酰亚胺[5,6]。二酐和二胺分别采用均苯四羧酸二酐(PM DA,pyrom ellitic dianhydride)和4,42二氨基二苯醚(ODA, oxydian iline)。PM DA和ODA生成聚酰亚胺的反应过程为
第一步生成聚酰胺酸,第二步热环化生成聚酰亚胺。决定聚酰亚胺分子量的主要是第一步合成聚酰胺酸
Ξ收稿日期:2001208227; 修订日期:2001211229
基金项目:国家863激光惯性约束聚变领域资助课题(863241623)
作者简介:张占文(19732),男,助研,硕士,主要从事靶制备与研究方面的工作;绵阳市919信箱987分箱。
的反应。聚酰胺酸不溶于常用试剂,分子量很难测定,但高分子材料的分子量与高分子溶液的粘度有一定关系,在相同溶剂、温度和浓度条件下,溶液粘度越大,其所溶解的高分子材料分子量相对越高,所以,实验采用相同测量条件下的溶液粘度进行表征。
1.2 原料试剂及仪器设备
PM DA ,分析纯,上海合成树脂研究所;ODA ,分析纯,上海合成树脂研究所;N ,N 2二甲基乙酰胺(DM A c ),分析纯,成都市联合化工试剂研究所;IKA 搅拌器,huber po lystat CCS (德);N C 24型超声波粘度计,成都仪器厂;微量水分测定仪,M ET TL ER DL 37(日)。
1.3 实验内容
按一定比例称量ODA 和PM DA ,加入三口瓶中,同时加入溶剂DM A c 。控制反应温度,反应过程中不断搅拌,转速是100H z m in ,并在线监测溶液粘度,直到反应结束为止。将溶液温度恒定到0℃,测定溶液粘度值,测量条件均为溶液浓度3w t %,温度0℃。
2 结果及讨论
2.1 实验结果
F ig .1 Effect of m aterial o rder on visco sity of po lypyrom ellitam ic acid so luti on 图1 加料次序对溶液粘度的影响
2.1.1 加料次序的影响
合成时聚酰胺酸原料的加料次序有三种。方案
A :先加二胺,再加二酐;方案
B :先加二酐,再加二
胺;方案C :二胺和二酐同时加入。研究表明在其它
条件相同的情况下,加料次序对实验结果影响很大
(实验结果见图1)。方案A 得到的溶液粘度最大,其
次是方案C ,在先加二酐的情况下,基本得不到高分
子量的聚酰胺酸溶液。
2.1.2 原料配比的影响
原料摩尔配比(PM DA :ODA )分别为:0.980,
0.985,0.990,0.995,1.00,1.005,1.010,1.015,1.
020,1.025,1.030,反应温度控制在0℃。实验结果见图2。从图上可知,当二酐与二胺配比小于1时,溶液粘度值很低;随着二酐配比的增加,溶液粘度值逐渐增大;当二酐稍过量约2%(摩尔配比)时溶液粘度值可达最大;此后,随着二酐配比的增加,溶液粘度开始下降
。
F ig .2 Effect of m aterial p ropo rti on on visco sity
of po lypyrom ellitam ic acid so luti on 图2
原料配比对溶液粘度的影响F ig .3 Effect of w ater on visco sity of po lypyrom ellitam ic acid so luti on
图3 试剂含水量对溶液粘度的影响
2.1.3 试剂含水量的影响
称量摩尔配比(∶)为1.02∶1的和,待全部溶解后加入,试
262 强激光与粒子束 第14卷
