[发明专利]一种N取代聚苯并咪唑酰胺化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种N取代聚苯并咪唑酰胺化合物及其制备方法。

背景技术

聚苯并咪唑(PBI)自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，在国外已得到广泛应用。而我国虽然有多家研究机构在进行这方面的研究，但其关键工艺技术未被突破，尚未推出工程化应用产品。同时，合成出的聚苯并咪唑溶解性能极差，这些都阻碍了聚苯并咪唑的应用与发展。

聚酰胺(PA)由于具有优良的力学性能和较好的电性能，又具有耐磨、耐油、耐溶剂、自润滑、耐腐蚀性以及良好的加工性能，而被广泛应用。其最大的缺点是吸水性较大，从而导致制品尺寸和性能的变化，不过，其主链末端的基团在一定条件下有一定的活性，因此可通过嵌段、接枝、共混等方法，进行化学和物理改性，可克服由于吸水性较大带来的制品尺寸和性能变化等缺点，而且能提高其性能。 

聚苯并咪唑基团和酰胺基团在分子链中共存是解决上述问题的方法之一。但目前合成出的聚苯并咪唑酰胺材料无论是主链中含有苯并咪唑基团还是支链中含有苯并咪唑基团，都存在N-H键，H原子的存在使该类聚合物在空气中的稳定性降低，进而影响其耐热级别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N取代聚苯并咪唑酰胺化合物及其制备方法。本发明所得到的聚苯并咪唑酰胺具有较高的耐热级别，同时具有良好的溶解性能。此外，既可以实现熔融加工成型，也可实现溶液加工成型，成型方式的多样化拓宽了该类聚合物应用领域。基于N取代聚苯并咪唑酰胺良好的综合性能，其可被认为一种新结构的高性能材料。

本发明的另一个目的是提供一种N取代聚苯并咪唑酰胺化合物及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明实施需要以下三个步骤：

⑴  双(苯并咪唑)化合物的制备。在氮气保护的条件下，以芳香二甲酸和邻苯二胺类化合物为单体，在多聚磷酸催化作用下，得到双(苯并咪唑)粗产物，经提纯后可得到双(苯并咪唑)化合物。

⑵ 二氟化酰胺化合物的制备。在氮气保护的条件下，以芳香二胺和4-氟苯甲酰氯为单体，在三乙胺催化下，得到不同结构的二氟化酰胺粗产品，经提纯后可得到二氟化酰胺化合物。

 

⑶  N取代聚苯并咪唑酰胺化合物的制备。在氮气保护的条件下，以上述制备的双(苯并咪唑)化合物和二氟化酰胺化合物为单体，加入环丁砜、氯苯和碳酸钙，在无水碳酸钾催化作用下，得到N取代聚苯并咪唑酰胺化合物。

        

步骤(1)中，双(苯并咪唑)化合物的制备选择已经工业化的芳香二甲酸和邻苯二胺为单体，其中芳香二甲酸和邻苯二胺的摩尔比为1:2.2。所得化合物的结构可通过Ar进行调节。

步骤(2)中，二氟化酰胺化合物的制备选择已经工业化的芳香二胺和4-氟苯甲酰氯为单体，其中芳香二胺和4-氟苯甲酰氯的摩尔比为1:5。所得化合物的结构可通过Ar₁进行调节。

步骤(3)中，聚苯并咪唑酰胺化合物的制备是选择合成的双(苯并咪唑)化合物和二氟化酰胺化合物为单体，其中双(苯并咪唑)化合物和二氟化酰胺化合物的摩尔比为1:1。所得化合物可通过Ar和Ar₁进行调节。

制备本发明的N取代聚苯并咪唑酰胺化合物的方法依次由以下步骤组成：

（a）按照（1）所述，把芳香二甲酸和邻苯二胺类以摩尔比为1:2.2放入两口瓶中，氮气保护，配备冷凝装置，磁力搅拌。

（b）加入多聚磷酸，升温至200℃，反应6h。经过提纯得到双(苯并咪唑)化合物。

（c）按照（2）所述，把芳香二胺和4-氟苯甲酰氯以摩尔比为1:5放入两口瓶中，氮气保护，配备冷凝装置，磁力搅拌。

（d）冰水浴中反应过夜。经过提纯得到二氟化酰胺化合物。

（e）按照（3）所述，将双(苯并咪唑)化合物、二氟化酰胺化合物、碳酸钙和无水碳酸钾加入到干燥好的两口烧瓶中，氮气保护。

（f）加入环丁砜和氯苯。加热至145℃，反应2h。

（g）升温至180℃，通过分水器除去氯苯，继续反应4h。

（h）升温至210℃，反应6h。经过提纯得到N取代聚苯并咪唑酰胺化合物。