[发明专利]含醚键和叔丁基的可溶性聚酰亚胺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺技术领域，具体涉及一类含醚键和叔丁基的可溶性聚酰亚胺及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一类耐热性极佳的高分子材料，由于具有优异的综合性能，在航空、航天、电气、机械、化工、微电子等各个领域都有非常广泛的应用。传统的芳香型聚酰亚胺由于具有刚性的主链结构，难溶于大多数的有机溶剂，且熔点很高甚至超过其分解温度，因此难以通过常规的成型方法加工。目前工业生产中，聚酰亚胺通常采用“两步法”合成，即先合成可溶性的聚酰胺酸中间体，加工成型后再经高温亚胺化得到相应的聚酰亚胺制品。但聚酰胺酸中间体通常不够稳定，难以长期保存，且后处理较麻烦。因此，开发能用常规方法加工，且能保持高耐热性和良好机械性能的聚酰亚胺成为具有挑战性的研究课题。

开发易加工聚酰亚胺的主要途径有两种：一、提高其溶解性；二、改善其热塑性。目前，改善聚酰亚胺热塑性的方法往往导致其玻璃化转变温度降低，相应地其使用温度也降低，因而应用受到限制。这样提高溶解性就成为开发可加工聚酰亚胺的重要方法。

发明内容

基于上述技术背景，本发明设计合成了两种含醚键和叔丁基的柔性二胺单体，并与各种商品化芳香二酐单体反应，制备了一类含叔丁基和醚键的新型聚酰亚胺树脂，该类聚酰亚胺树脂不仅具有良好的耐热性能，同时还具备良好的溶解性，室温下可溶于氯仿等低沸点溶剂，这样就可以在常温下加工成型，而且该类聚酰亚胺树脂的制备工艺简单，成本较低。

本发明的技术方案如下：

一类含醚键和叔丁基的可溶性聚酰亚胺，该可溶性聚酰亚胺具有如下重复结构单元：

其中：10<n<1000，Ar指芳香结构。

在本发明的一些具体实施例中，所述含醚键和叔丁基的可溶性聚酰亚胺的重复结构单元中的芳香结构Ar选自如下化学结构单元中的一种或几种:

本发明同时还提供一种上述含醚键和叔丁基可溶性聚酰亚胺的制备方法，该制备方法以酚类溶剂为溶剂，以少量异喹啉或喹啉为催化剂，由含醚键和叔丁基的柔性二胺和芳香二酐单体，通过一步反应生成所述的可溶性聚酰亚胺，其中所述含醚键和叔丁基的柔性二胺和芳香二酐单体的摩尔比为1:0.95～1.05。

优选地，上述含醚键和叔丁基可溶性聚酰亚胺的制备方法包括如下步骤：

A)在室温～100℃下，将酚类溶剂、少量异喹啉或喹啉、含醚键和叔丁基的柔性二胺和芳香二酐单体加入反应器中，搅拌反应得到粘稠状聚酰胺酸溶液；喹啉或异喹啉用量为催化量，在实验室合成反应中通常为1～5滴，具体的用量可由本领域技术人员根据通常经验和本领域常识确定；该步反应所需的时间可由本领域技术人员根据通常经验和本领域常识确定，通常可为1-12小时；

B)将步骤A)所得聚酰胺酸溶液升温至120℃～150℃反应5～12h；然后升温至180～220℃继续反应12～24h，得到透明的可溶性聚酰亚胺溶液；其中，聚酰胺酸溶液升温至120℃～150℃反应5～12h的过程，可为一步升温反应过程或分步升温反应过程；

C)将步骤B)所得聚酰亚胺溶液冷却至室温后，倒入一定量的沉淀剂中，使聚酰亚胺沉淀出来，然后分离干燥。具体沉淀方法为：将所得聚酰亚胺溶液稀释并缓慢倒入沉淀剂中，析出纤维状聚酰亚胺，经抽滤并真空干燥至恒重。所述沉淀剂可为甲醇或乙醇等醇类或丙酮等溶剂。

其中，所述含醚键和叔丁基的柔性二胺为如下所示的3,3’-二叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚或3-叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚：

上述两种二胺单体由发明人设计并制备，合成路线如下式所示：

以1-乙酰氨基-2-叔丁基-4-碘苯(1)为原料，以DMF为溶剂，CuI为催化剂，乌洛托品为配体，磷酸三钾为碱，分别与2-叔丁基-4-乙酰氨基苯酚(2)和4-乙酰氨基苯酚发生偶联反应，生成中间体3和4，将3和4在浓盐酸中回流脱掉乙酰基，最终生成上述两种二胺单体。以上描述中未提到的具体参数等细节，可由本领域技术人员根据常识或有限次实验确定。说明书附图中，图1a和图1b为发明人制备得到的3,3’-二叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚以及3-叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚的核磁共振氢谱，各个特征峰对应的化学结构已在图中标明。从图1a和图1b中可以看出，发明人成功制备了涉及本发明的以下原料：3,3’-二叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚、3-叔丁基-4,4’-二氨基二苯醚。