聚对苯撑吡啶并二咪唑(PIPD)的制备与聚合机理探索研究(2)
3.4 吡啶并咪唑的成环机理探索 28
结论 30
致 谢 31
参考文献 32
1 绪论
1.1 PIPD的概述
自20世纪20年代 Hermann Staudinger提出“高分子”这个概念以来，挠性聚合物纤文如聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，尼龙-6，聚丙烯腈也在20世纪40年代到50年代间得到了大力发展。高强度，高模量和具有伸展链的PE纤文在20世纪80年代实现了商业化应用。
柔性链聚合物纤文如PE、PP、PET、尼龙-6、尼龙-66等的拉伸强度、拉伸模量和操作温度分别限制在1GPa、20GPa和100℃以下，而商用Kevlar纤文的分别达到了4GPa、185GPa和500℃。商品纺织纤文由聚合物加工形成，分子量范围在20,000-100,000g/mol，具有伸展链的PE纤文是由很高的分子量PE(~3,000,000g/mol)加工得到的。尽管具有伸展链的PE纤文加工得到高模量和高拉伸强度，但其操作温度限制在100℃以下。
在20世纪60年代期间，美国和俄罗斯分别就合成耐高温聚合物材料做出了努力。1977年关于高温聚合物的美国空军(UAF)研究计划成果在美国化学协会（ACS）上得到发表。斯坦福研究院和道化学公司对这类材料的研究也得到了一定进展，1998年日本东洋纺公司最终使PBO纤文最终实现了商业化生产。
Vectran是一种由羟基苯甲酸和羟基萘甲酸的共聚物，这是一个成功的热致性液晶聚酯的例子，并在1985年实现了商业化应用。其拉伸强度、模量和分解温度分别是2.85GPa、65GPa和400℃。酰胺聚合物包括间-酰胺和对-酰胺聚合物。在20世纪60年代，杜邦公司实现了聚（间苯二甲酸间苯二胺）的商业化应用，市场名称Nomex，接着实现了聚（对苯二甲酸对苯二甲酰胺）（PPTA）的商业化应用，商品名为Kevlar。PPTA是第一个显示了高的分子规整度、长弛豫时间、高强度、高模量的纤文。当Kevlar处于强酸和强碱以及暴露在紫外光照射等条件下时，其性能出现了退化。
杂环刚棒状聚合物则分为三类：聚苯并二噁唑，聚苯并咪唑，聚吡啶咪唑。因为聚苯并咪唑（PBI）具有热稳定性，1983年由Celanese实现了商业化应用。聚苯并噁唑聚合物有聚对苯撑并二噁唑（PBO）和聚对苯撑并二噻唑（PBZT）。
20世纪90年代，Akzo Nobel 研究所在PBO纤文的基础上，开发出了一种新型刚棒型聚合物M5( 或PIPD) 纤文而聚（1,4-苯撑-2,5-吡啶并二咪唑）（PIPD）作为一种聚吡啶咪唑表现出了迄今为止最高的压缩强度（1-1.7GPa）。
聚对苯二甲酸对苯二胺（PPTA）、超高分子量的高强聚乙烯纤文（UHMWPE）、碳纤文、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)及聚[2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]（PIPD，商品名M5，）等[2]具有高的拉伸强度和压缩强度、耐破坏力、和低比重(g/m3) 等优良物性的纤文称为高性能纤文( High Performance Fibers)。目前正进入蓬勃发展的新阶段，其中耐高温纤文的需求量以每年5%左右的速度增长，高强高模纤文以10%~16%的高速度增长[1]。高性能纤文的飞速发展是现代国防、尖端科学领域及诸多产业产品更新换代和产业升级的需要[2]。
具有高强度、高模量、耐高温的纤文是目前迫切需要发展的新型材料，也是高性能纤文开发的主要目标。在众多纤文中，M5是材料学家采用分子和聚集态结构设计技术，从材料结构与性能关系出发进行分子设计的产物。与其他纤文相比，M5纤文必然是将来革命性的先进材料，其结构式如下所示。
PIPD纤文作为一种高性能纤文，不熔融，不燃烧。具有高极性、良好的粘结性能、高比强度、高比模量、较好的热绝缘性、独有的高压缩强度等优异性能，该纤文增强的结构复合材料在宇航、武器装备等高新技术尖端领域具有广阔的应用前景[3]。但目前PIPD纤文及其生产工艺受美国和国际专利的保护。自上个世纪末PIPD问世以来，只有少量关于其制备和晶体结构分析的报道 [4]。