[发明专利]一种含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一种新型的含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺材料及其制备方法和应用。

技术背景

聚酰亚胺是目前已经工业化的工程塑料中耐热性能最好的品种之一，具有其他材料无法比拟的突出性能，如机械强度高、耐高低温性好、介电性优异、成膜性能好等等。自六十年代美国的杜邦公司开发产业化以来，它已在各个领域得到应用，尤其在航天、航空、微电子和军工领域应用更多。由于聚酰亚胺一般不溶于有机溶剂，所以，通常用溶解性良好的前躯体聚酰胺酸来进行加工，然后再进行脱水闭环的亚胺化处理获得聚酰亚胺。但是，聚酰胺酸对水份较为敏感，不能长期储存；且亚胺化后的聚酰亚胺表现为不溶不熔的特点，这些都在某些程度上限制了它的应用。另一方面，随着微电子科技的发展，电子元器件的“轻、薄、短、小”化发展对材料提出了更高的要求，相比无机材料，高性能聚酰亚胺材料由于其低成本、轻质高强、优良的成膜性、优异的综合性能以及结构柔韧性、可三维堆集等优点，在现代微电子领域显示出突出的应用前景；特别是其具有优异的结构可设计性，可通过共聚单体的结构设计，引入功能性基团，赋予聚酰亚胺一定的光电性能，因此，开发具有良好加工性能的新型高性能、功能化聚酰亚胺逐渐成为聚酰亚胺研究的重要组成部分和研究方向。

到目前为止，解决聚酰亚胺可溶性的途径主要有三种：（1）采用含氟单体来合成含氟聚酰亚胺；（2）采用具有大空间位阻基团的单体合成聚酰亚胺，破坏主链的刚直链结构和分子间的相互作用力；（3）采用脂环族单体合成半芳香族或非芳香族聚酰亚胺。第一种方法由于含氟单体价格高，所以限制了应用面；第三种方法品种少，价格也贵，耐热性有所降低；第二种方法单体易得，价格适中，制品性能可达到预期目标，因此目前被普遍采用。如专利CN200910216217.5、CN200910049450.9、CN02111080.8等。然而，所涉及到的二胺单体都不具备大共轭的空间结构，并且没有聚集诱导发光的性能。

功能化聚酰亚胺的研究近几年开始得到人们的重视。国内四川大学顾宜教授课题组较早开展聚酰亚胺侧链功能化的研究（如中国专利CN1218999C、CN1164715C等），制备可加工性强、高强、高模、高尺寸稳定性的聚酰亚胺薄膜。最近两年基于含三苯胺结构的可溶性功能化聚酰亚胺由于其所具有的独特电阻开关效应，在聚合物存储材料的应用中显示出诱人的应用前景，引起了这一领域研究人员的重视，该体系研究的重点在于含三苯胺结构二胺单体的设计合成，然而，目前其品种还比较单一，且性能有待进一步的改善，因此有必要开展新型功能性二胺单体的设计合成研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺，其具有耐高温、光致发光、电致变色、低介电常数等特征。

本发明的另一目的在于提供上述含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺，其结构通式为：

其中：n≥5，m≥0，Z为脂肪或者芳香二胺的二元残基，Y为以下结构通式中的一种或一种以上：

其中，Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄、Ar₅和Ar₆选自下列结构式中的任何一种：

X₁和X₂可相同或不同，为四价芳香族烃基，包括但不限于以下结构通式中的一种或一种以上：

上述含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺的制备方法，该制备方法为：氩气气氛中，将含Y结构的二胺单体与含X₁结构的二酐单体按摩尔比为1:(0.9~1.1)溶在强极性非质子有机溶剂中，在-10~40℃搅拌反应0.5~72h，得到均相、粘稠的聚酰胺酸溶液，然后对聚酰胺酸溶液进行脱水，得到m=0的可溶性聚酰亚胺；或者，以含Z结构的脂肪或二胺单体部分取代含Y结构的二胺单体，得到m＞0、X1=X₂的可溶性聚酰亚胺；或者，以含Z结构的脂肪或二胺单体部分代替含Y结构的二胺单体，以含X₂结构的二酐单体部分代替含X₁结构的二酐单体得到m＞0、X1≠X₂的可溶性聚酰亚胺。