[发明专利]一种含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸及其制备方法与应用。

背景技术

芳香型二元酸是制备聚苯并咪唑(PBI)聚合物的必备原料，而聚苯并咪唑是当今最高档的工程热塑性塑料之一，被认为是新一代高强度、高模量、耐高温高分子材料的典型代表，广泛应用于超音速飞行器的雷达天线罩、整流罩和尾翼、宇宙飞船耐辐射材料、耐烧蚀涂层、印制线路板、电绝缘材料、白炽灯或荧光灯高温接触件、电子和微电子仪器的FPC基材、气体分离膜、反渗透膜、质子交换膜、燃料电池膜等高科技领域。

关键的问题是以一般的芳香型二元酸为原料制成的芳香型PBI聚合物既难熔融又难溶解，难以加工和成型，严重影响其应用范围的进一步拓宽。因此，人们采取往主链中引入大侧基(如-C(CH₃)₃、-C₆H₅、-C(CF₃)₃等)或柔性基团(如-O-、-CH₂-、-SO₂-、-C(CH₃)₂-和-C(CF₃)₂-等)的方法，通过降低聚合物主链的规整性或提高聚合物主链的柔韧性来改善聚合物的溶解性和加工性。基于此，我们通过分子设计，合成了一个新的、同时含有2个特丁基(-C(CH₃)₃)和2个醚键(-O-)的芳香型二元酸单体。采用“双管齐下”的方法同时引入大侧基和醚键来达到提高聚苯并咪唑类聚合物溶解性和加工性的目的。

发明内容

本发明的目的在于从分子结构设计和实际应用要求出发，合成一种同时含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸化合物。

本发明的另一目的在于提供该芳香型二元酸化合物的制备方法。

本发明还有一目的在于将该芳香型二元酸用作合成可溶性聚苯并咪唑树脂的原料。

一种同时含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸化合物，其结构式如说明书附图1所示，化学名为2，5-二特丁基-1，4-二(对苯甲酸氧基)苯。

本发明的制备方法是先以4-氟苯腈和2，5-二特丁基对苯二酚为原料发生亲核取代反应，生成含有2个特丁基和2个醚键的2，5-二特丁基-1，4-二(对苯腈氧基)苯；再在碱性条件下发生水解反应，制成2，5-二特丁基-1，4-二(对苯甲酸氧基)苯。合成过程的化学反应式可表述如说明书附图2。

本发明的具体制备方法分两步进行。

第1步：在160℃～175℃温度下，以二甲基甲酰胺(DMF)和二甲苯为溶剂，无水碳酸钾为碱性剂，以4-氟苯腈和2，5-二特丁基对苯二酚为原料发生亲核取代反应。4-氟苯腈和2，5-二特丁基对苯二酚摩尔配比为2∶1，反应时间4小时左右。再经沉淀、过滤、结晶、烘干，得白色晶体2，5-二特丁基-1，4-二(对苯腈氧基)苯。

第2步：在150℃温度下，以高沸点(245℃)和较强吸湿性的一缩乙二醇醚为溶剂，将第1步制得的2，5-二特丁基-1，4-二(对苯腈氧基)苯在强碱性的KOH溶液中发生水解反应。反应时间15小时左右。经酸化、沉淀、抽滤、结晶、烘干，得白色针状晶体2，5-二特丁基-1，4-二(对苯甲酸氧基)苯。

此为同时含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸纯品。

产品的化学结构经元素分析、核磁共振谱和质谱测试得到证实。

本发明的芳香型二元酸产品可用作合成可溶性聚苯并咪唑类树脂的原料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明合成的同时含有2个特丁基和2个醚键结构的芳香型二元酸，可作为合成可溶性聚苯并咪唑树脂的原料，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的芳香型二元酸的化学结构式；

图2为本发明的制备方法的化学反应式；

图3为采用Avatar360型红外光谱仪测定的2，5-二特丁基-1，4-二(对苯甲酸氧基)苯晶体的红外光谱图；

图4为采用Varian Mercuryplus 400型核磁共振仪(以二甲基亚砜DMSO为溶剂)测定的2，5-二特丁基-1，4-二(对苯甲酸氧基)苯晶体的¹H NMR谱图；