[发明专利]一种含呫吨结构的聚芳酰胺及其制备方法

说明书

一种含呫吨结构的聚芳酰胺及其制备方法，所述的聚芳酰胺分子主链中引入了大体积呫吨结构基团。本发明以呫吨酮、氯化亚砜和苯胺为原料，通过“一锅、二步”法制得了新的二胺单体‑9,9‑二(4‑氨基苯基)呫吨，该方法具有操作简单、流程短、产率高等优点；然后将二胺与芳二酰氯单体进行低温溶液缩聚反应，制得含呫吨结构聚芳酰胺。本发明制备的含呫吨结构的聚芳酰胺具有优异的耐热、透光和成膜性能，且能溶于部分有机溶剂，从而有利于其加工成型，有望作为新型的高性能高分子聚合物材料，在航空、国防、工业等高新技术领域有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种含呫吨结构的聚芳酰胺及其制备方法，是一种新型改性聚芳酰胺高分子材料，属于高分子合成技术领域。

背景技术

芳香族聚酰胺具有良好的耐热性和突出的机械性能,在航空、航天、电子、电器、机械及民用等领域获得了广泛的应用。20世纪后期，全球科技开始迅猛发展，而科技的发展不仅依赖信息技术，还要依靠材料技术，因此，许多科学家对合成出高性能的材料展现出了浓厚的兴趣，而芳香族聚芳酰胺(PA)因其具备耐高温稳定性，结晶度高，机械性能好、抗化学腐蚀性等多种优点称为材料中的鳌头。1967年，美国杜邦公司首次合成出Nomex纤维(聚间苯二甲酰间苯二胺，间位取代的芳香族聚芳酰胺纤维)，并得到工业化生产。1972年，杜邦公司经又开发出Kevlar纤维(聚对苯二甲酰对苯二胺，全对位取代的芳香族聚芳酰胺纤维)，该类聚芳酰胺问世后，人们发现其优异的耐热性，良好的机械性，迅速被应用于航天航空，电子器件等高科技领域。紧接着美国多家公司开始扩大生产Kevlar纤维，将这种性能优异的材料应用于更多的领域。

尽管传统的聚芳酰胺拥有诸多优点，但由于其主链的规整性和刚性，以及分子间氢键的存在，使其难溶、难熔，只能在浓硫酸中溶液纺丝成型，应用受到一定限制。因此，研制具有一定溶解性又能保持优异耐热性的聚芳酰胺一直受到学术界和工业界的广泛关注。近几十年来，人们通过设计制备新的单体、共聚等手段对聚芳酰胺进行了大量的结构改性，并不断开发出了许多新的品种。研究表明,通过在聚合物分子主链中引入柔性基团、取代基等均能不同程度地改善聚芳酰胺的溶解性能,但往往会使耐热性下降。

本发明通过设计、制备新的单体，将大体积的呫吨结构引入聚合物分子主链中，获得了溶解性好，耐热性和透光性优良的聚芳酰胺新品种。

发明内容

针对现有聚芳酰胺类材料存在加工性能及耐热性能难以兼顾的缺陷，本发明通过制备新的二胺的单体-9,9-二(4-氨基苯基)呫吨，将大体积呫吨结构引入聚芳酰胺的大分子主链中，提供了一种可溶于N,N-二甲基乙酰胺等极性溶剂，耐热和透光等综合性能优异的含呫吨结构的新型聚芳酰胺类高分子材料。

本发明第二目的在于，提供了所述的一种含呫吨结构的聚芳酰胺的制备方法。本发明第三目的在于，提供了所述的一种含呫吨结构的聚芳酰胺的应用。

本发明一种含呫吨结构的聚芳酰胺具有如下式(1)所示的重复结构单元：

Ar为式a、式b、式c、式d或式e所示的基团：

所述的聚芳酰胺的对数比浓粘度(η_inh)为0.58～0.89dL/g(溶剂：N,N-二甲基乙酰胺；溶液浓度为0.5g/dL；测试温度为30±0.1℃)。

所述的聚芳酰胺的玻璃化转变温度(T_g)为248～367℃，初始热失重温度(T_d0)为382～440℃，5％热失重温度(T_d5)为421～458℃，10％热失重温度(T_d10)为458～489℃；750℃时的残碳率为51.5～57.1％。