[发明专利]一种压电聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种压电聚合物及其制备方法。该压电聚合物是由端羧基尼龙1111(PA1111)预聚体和聚乙二醇(PEG)在催化剂作用下，通过缩聚方法合成制得。其制备方法包括以下步骤：(1)制备尼龙1111预聚体；(2)将尼龙1111预聚体和聚乙二醇以及催化剂加入高压反应釜中密封，釜内充入惰性气体保护；(3)搅拌并升温至230‑250℃反应2‑6小时；(4)抽真空至釜内真空度在10kPa以下，继续反应2‑4小时；(5)反应结束后经出料，冷却、切粒即得所述压电聚合物。该压电聚合物制备工艺操作简单，成本低，制备的聚合物压电常数大，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于高分子功能材料领域，涉及一种压电聚合物及其制备方法，具体而言，涉及一种尼龙1111压电聚合物及其制备方法。

背景技术

某些电介质在机械应力的作用下发生形变，电介质内正负电荷中心发生相对位移而极化，以致两端表面出现符号相反的束缚电荷，并且电荷密度与应力成正比的现象称为压电效应。

压电聚合物与压电陶瓷相比具有更高的压电电压敏感性，较高的介电击穿强度，轻质低密度，适于大面积加工和可剪裁成为复杂形状，可以实现在薄膜表面形成电极和选择性区域极化等诸多优点。压电聚合物材料在换能器、储能器、传感器和驱动器中应用十分广泛。

目前压电聚合物主要有聚偏氟乙烯及其共聚物和奇数尼龙等。聚偏氟乙烯及其共聚物压电活性高，是目前唯一能够商业应用的压电聚合物，但是聚偏氟乙烯价格昂贵。

理论上聚酰胺潜在具有很高压电性与铁电性，因为其分子结构中的酰胺键偶极矩高达3.70D，远高于PVDF分子结构中碳氟键的偶极矩(1.72D)。非专利文献已经证实奇-奇尼龙1111是活性很高的铁电体(Appl.Phys.Lett.,2014,104:172906.)。用石油炼制的副产物轻蜡经微生物发酵得到十一碳二元胺为主要原料可以制备尼龙1111(专利CN1184251C)，该工艺合成步骤少，生产周期短，条件温和，成本较低。但是奇-奇尼龙1111的压电活性仍然偏低，通过分子结构设计，降低尼龙1111玻璃化温度，提高尼龙1111的压电活性迄今未有文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于奇-奇尼龙1111的具有高压电活性的压电聚合物及其制备方法。由端羧基尼龙1111预聚体和聚乙二醇通过缩聚方法合成高压电活性的压电聚合物。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该压电聚合物制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，以十一碳二元胺和十一碳二元酸为原料，以十一碳二元酸为封端剂，通过缩合聚合方法得到端羧基尼龙1111预聚体。将十一碳二元胺和十一碳二元酸混合均匀后加入到反应釜中并密封，反应釜抽真空后充入CO₂，反复3次用CO₂将釜内空气置换干净；然后开启反应釜搅拌和加热，升温至210℃后保温0.5-1小时；缓慢放气至常压，然后抽真空至反应釜真空度在10KPa以下，继续反应0.5-1小时；停止搅拌，向反应釜中充入CO₂至反应釜内压力为0.2MPa，打开反应釜的出料口使物料流出，物料经冷却，烘干得到端羧基尼龙1111预聚体。该预聚体结构式为

x为预聚体的聚合度；

步骤(2)，将尼龙1111预聚体、聚乙二醇和催化剂加入高压反应釜中并密封，其中尼龙1111预聚体和聚乙二醇的摩尔比为1:1。反应釜抽真空后充入惰性气体，反复多次将釜内空气置换干净；

步骤(3)，尼龙1111预聚体、聚乙二醇和催化剂在反应釜内搅拌并进行加热，加热至反应温度后保温进行反应；

步骤(4)，将反应釜内的惰性气体缓慢放气至常压，抽真空并使反应釜内保持一定真空度，在真空状态继续反应；