[发明专利]含蒽酮结构的二胺、聚酰亚胺及其制备方法

说明书

本发明公开了含蒽酮结构的二胺、聚酰亚胺及其制备方法。本发明将二卤代蒽酮的卤原子转化为氰基，水解得到二羧酸单体，接着酰氯化，再通过酰胺反应接枝含硝基的基团，最后还原获得二胺单体，然后利用制备的二胺单体与二酐聚合，得到含蒽酮结构的聚酰亚胺。本发明制备的含蒽酮的二胺的具有平面刚性结构，同时含有较多可产生氢键的结构，以其为单体制备的聚酰亚胺具有分子链间堆砌紧密、自由体积小，具有热稳定性高和高阻隔性能。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，更具体地，涉及一种含蒽酮结构的二胺、聚酰亚胺及其制备方法。

背景技术

20世纪中叶，随着航空航天、机械、电子、汽车等高科技领域的发展，对材料耐辐射性、热稳定性、模量、强度、介电等性能的要求越来越高，一类主链以芳环和杂环为主要结构的聚合物材料随之产生。相比于当时使用的其它高分子材料，这类聚合物的使用温度可提高100℃以上。该类新材料的成功开发成为该时期除Ziegler-Natta催化剂之外高分子科学上的又一大成就。然而，虽然当时报道发表的芳杂化聚合物有数十种，但真正被工业界所接受的却为数不多。其中，聚酰亚胺由于性价比方面的优势成为最引人瞩目的高性能聚合物材料之一。

聚酰亚胺是一类主链上含有酰亚胺环结构的高分子材料，由于聚酰亚胺具有优良的耐高温性能、机械性能、耐腐蚀性能以及电性能而被广泛用航空航天、电子器件、精密机械、高性能包装、微电子等新技术领域。但是，目前报道的聚酰亚胺普遍存在阻隔性能较差，水氧透过率高的缺点，现有技术提高薄膜的阻隔性能包括采用多层高阻隔膜复合的方式提高阻隔性能，比如高阻隔性聚合物薄膜层、铜箔层以及热封层通过胶粘复合一起提高阻隔性能；或者在薄膜表面蒸镀一层材料提高气密性。在聚酰亚胺材料中，最常用提高其阻隔性能的方法为添加纳米无机物制备复合膜，通过对纳米无机物的选择、剥离、改性等操作，提高纳米无机物在基体中的分散提高聚酰亚胺的阻隔性能。以上方法均能够显著地对聚酰亚胺的阻隔性能提高，但是其阻隔提高只能在原基础材料上有限提升，这使其在高阻隔领域的应用受到极大限制。因此，聚酰亚胺的结构具有可设计性，可通过对二胺或二酐的平面结构设计，减小聚合物的自由体积，从聚酰亚胺本身提高阻隔性能，因此，设计一种高平面结构的聚酰亚胺是提高其阻隔性能最直接、最有效的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有聚酰亚胺的热稳定性和阻隔性的不足，提供一种含蒽酮结构的二胺，以及利用该二胺制备一种高阻隔性能的聚酰亚胺。

本发明要解决的另一技术问题是提供上述聚酰亚胺的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种含蒽酮结构的二胺，其结构通式如下所示：

其中，Ar₁选自下列结构式中的任意一种：

所述Ar₂和Ar₃选自下列结构式中的任意一种：

其中，n＝0～6，m＝0～6，同一结构式中的n和m不同时为0。

优选地，所述Ar₂为和的一种或多种，Ar3为和的一种或多种；所述X为

利用上述含蒽酮结构的二胺单体与二酐单体制备一种具有高阻隔、热稳定性强的聚酰亚胺，其结构式为：

根据Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ所示的聚酰亚胺，其制备步骤包括：

S1.将含有两个卤原子取代的蒽酮单体或与氰化物加入溶剂中，得到单体1、单体2或单体3；

S2.将S1中单体1、单体2或单体3加入溶剂中，加入碱，在保护气体氛围下通过水解反应得到二羧酸单体4、单体5或单体6；