[发明专利]一种含咔唑结构的超支化聚酰亚胺及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一种含咔唑结构的超支化聚酰亚胺及其制备方法。

技术背景

聚酰亚胺(PI)是一类以酰亚胺环为特征的高分子材料，其具有优良的耐热及耐热氧化稳定性、优异的环境稳定性、绝缘性能以及力学性能等，因此，在航天、航空、机械、电子等现代工业中得到了广泛的应用。然而，由于聚酰亚胺分子链本身具有很强的刚性以及分子链间强烈的相互作用，大部分聚酰亚胺既不熔融，也不溶解，其加工成型比较困难。

超支化聚合物是一类具有三维椭球状立体结构的高度支化聚合物，具有高溶解性、低粘度、流变性好及大量末端官能团等许多优良性能。近年来，研究者在PI高分子链中引入超支化结构来改善PI的溶解性，而不损害它们的热性能，合成了超支化聚酰亚胺(HBPIs)。这类聚合物同时具有超支化和酰亚胺结构，使得自身具有两者的综合性能，如溶解性好，无链缠结，难以或者不结晶，低溶液和熔融黏度，极佳的耐热、耐溶剂和高介电等性能，近年来受到广大科研工作者的关注。其相关产品现已开发并应用于气体分离膜和渗透膜，以及其它如光敏、光波导、液晶、传感器和介电材料等高新技术领域。开发合成新型超支化聚酰亚胺材料已成为当前的研究热点和重点之一。专利CN102267940B公开了一种含对称三芳基吡啶结构的超支化聚酰亚胺的合成，这种超支化聚酰亚胺具有优异的耐高温、溶解性和光学性能。专利CN103467316B公开了一种含吐昔烯结构聚酰亚胺的合成，这种超支化聚酰亚胺具有良好的耐热性、力学性能以及良好的介晶性能。Chen等人用间苯三酚和对硝基苯合成三胺单体1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAPOB)，再与通用的二酐单体六氟二酐，3,3',4,4'-四甲酸二酐二苯酮和二苯醚四甲酸二酐备超支化聚酰亚胺。所制备的超支化聚酰亚胺具有良好的溶解性和热稳定性，其T_d10％在505℃以上，Tg为208～282℃(Chen H,Yin J.Journal of Polymer Science Part A Polymer Chemistry,2002,40(21):3804-3814；Chen H,Yin J,Xu H.Polymer Journal,2003,35(3):280-285.)。当前含各种结构的特殊功能的超支化聚酰亚胺层出不穷，但关于含咔唑结构的新型超支化聚酰亚胺至今还未见报道。咔唑是一种很重要的含氮芳杂环，具有特殊的刚性稠环结构，其衍生物表现出许多独特的光电性能。因此，设计合成含有咔唑结构的新型超支化聚酰亚胺，这对于超支化聚酰亚胺新功能的拓展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种含咔唑结构的超支化聚酰亚胺。

本发明的另一目的在于提供上述含咔唑结构的超支化聚酰亚胺的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种含咔唑结构的超支化聚酰亚胺材料，其分子结构通式如下所示：

其中：m，z，n为1～10000，Y选自以下结构通式中的一种或一种以上：

其中Ar₁选自下列结构式中的任何一种：

其中Ar₂、Ar₃和Ar₄选自下列结构式中的任何一种：

X选自以下结构通式中的一种或一种以上：

本发明另一目的在于提供上述含咔唑结构的超支化聚酰亚胺的制备方法，该方法为：氩气气氛中，将含Y结构的三胺与含X结构的二酐按摩尔比为1:(0.8～2.5)溶在N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基砜、环丁砜、1,4-二氧六环、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、间甲酚、四氢呋喃中的一种或一种以上的混合强极性非质子有机溶剂中，含Y结构的二胺与含X结构的二酐总质量占反应物料总质量的0.5～30％，在-10～55℃搅拌反应0.5～90h，得到均相的超支化聚酰胺酸溶液，并对超支化聚酰胺酸胶液通过热酰亚胺化或化学酰亚胺化进行脱水得到超支化聚酰亚胺材料。

所述热酰亚胺化法的具体操作步骤为：将超支化聚酰胺酸胶液刮涂在玻璃板上，再将玻璃板置于真空烘箱中，抽真空，升温程序为：室温升温至80℃～120℃后恒温整个过程0.8～3h，之后再升温至150℃～200℃后恒温整个过程0.8～2h，最后升温至300℃～400℃恒温整个过程0.8～2h，冷却后可取出超支化聚酰亚胺膜。