[发明专利]聚芳酮咪唑及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚芳酮咪唑及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种耐热聚芳酮咪唑及其制备方法。

背景技术

在特殊用途上高性能聚合物被认为是极具价值的一类材料，由于其显著的物理化学特性，可被运用于汽车、飞机、航天等工业及医药行业。聚苯并咪唑就是一种高性能聚合物，自其问世以来已成为航空航天等高新技术领域及其它苛刻环境下不可替代的特种材料，在国外已得到应用，但其关键工艺技术被国外封锁。我国虽然有多家研究机构在进行这方面的研究，但尚未推出工程化应用的产品。从国内现状来看，合成聚苯并咪唑的四胺类单体尚未商品化，而且单体的合成工艺路线复杂，收率较低，成本昂贵，阻碍了聚苯并咪唑的工程化应用进程。聚苯并咪唑有熔融缩聚与溶液缩聚两种相对成熟的合成工艺，但是前者操作条件苛刻，需要高真空等复杂条件；后者反应条件相对温和，但消耗大量溶剂，环境污染严重。聚苯并咪唑整体材料的力学性能优异 ，但抗冲击能力不强，难以应用于具有尖角的场合，限制了它的进一步使用。因此，聚苯并咪唑未来的研究重点之一就是发展新的、环境友好的单体和聚苯并咪唑合成新路线，简化工艺，降低成本；制备可溶性聚苯并咪唑，实现聚苯并咪唑在整体材料、纤维和特种粘合剂等领域的工程化应用。

基于以上问题，本发明设计了一套新的制备方法，得到了一类新型结构高性能聚芳酮咪唑。包括中间产物的合成和聚芳酮咪唑的制备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚芳酮咪唑，本发明要解决的另一个技术问题是提供一种聚芳酮咪唑制备方法。

本发明的聚芳酮咪唑的结构通式为：

 其中Ar表示芳香基团， Ar₁表示羰基或含有羰基的芳香基团。

本发明的聚芳酮咪唑的制备方法，依次包括以下步骤：

a. 在氮气的保护条件下，加入聚磷酸和磷酸催化剂，加入芳香二酸和邻苯二胺类化合物，升高温度至190℃，反应4h；

b. 将步骤a得到的溶液冷却至室温，然后倒入去离子水中，滴加15%的NaOH溶液，中和至pH=8，溶液放置6 h后，抽滤、水洗、干燥，得到固体粗产物；

c. 将步骤b得到的粗产物重结晶，真空60℃干燥得到纯双苯并咪唑；

d. 将步骤c得到的双苯并咪唑和二氟化芳香酮作为反应物，无水碳酸钾为催化剂，环丁砜为溶剂，氯苯为除水剂，在氮气保护条件下，升高温度至145℃，反应2 h；再升高温度至180-190℃让氯苯带走反应体系中的水分；

e. 将步骤d所得体系继续升高温度至230-240℃，再反应4 h；

f. 将步骤e得到的反应体系缓慢冷却至室温，然后倒入去离子水中沉淀，得到聚芳酮咪唑粗产物；

g. 将步骤f得到的聚芳酮咪唑粗产物用甲醇抽提24 h，再在真空干燥箱中100℃干燥8h，得到目标产物聚芳酮咪唑。

本发明的聚芳酮咪唑制备方法中步骤a中所述的双苯并咪唑是由芳香二酸和邻苯二胺反应得到，其中芳香二酸和邻苯二胺的摩尔比为1 : 2.2。

本发明的聚芳酮咪唑制备方法中步骤d中的反应物双苯并咪唑和二氟化芳香酮的摩尔比为1:1。

本发明的聚芳酮咪唑制备方法中步骤a-c中所涉及的化学反应方程式为：

 

本发明的聚芳酮咪唑制备方法中步骤d-e中所涉及的化学反应方程式为：

本发明具有如下优点：(1)运用新的制备路线，即首先合成双苯并咪唑中间体，再通过亲和取代反应得到聚芳酮咪唑。(2)从结构上分析聚芳酮咪唑具有新颖的化学结构，该独特的化学结构可赋予聚合物良好的物理化学性质，并可通过改变Ar和Ar₁对聚合物进行结构改性。(3)该制备过程操作工艺简单，所需原料均易得到，制备成本低。(4)不仅提供一种新型聚合物的制备方法，也提供一种新型高性能的聚合物。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，说明了选用不同的反应单体，可得到不同结构的聚芳酮咪唑，不同结构的聚合物在宏观上表现出不同的物理化学性能。

实施例1