[发明专利]一种简单热加工可制得铁电尼龙薄膜的共聚聚酰胺及其制备方法

说明书

本发明提供了一种简单热加工可制得铁电尼龙薄膜的共聚聚酰胺及其制备方法，该铁电尼龙薄膜在制备过程中主要包括尼龙盐的制备、缩聚反应和热压或挤出流延成型三个步骤。本发明通过将尼龙11的单体氨基十一酸与戊二胺、十一碳二酸所成的尼龙511盐共聚，使其链规整性被破坏，结晶性能降低，热压成型直接得到具有铁电性能的介晶相结构。本发明可以实现铁电尼龙薄膜的大规模、快速制备，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于铁电聚酰胺的合成技术，尤其是涉及一种简单热加工可制得铁电尼龙薄膜的共聚聚酰胺及其制备方法。

背景技术

铁电聚合物薄膜由于其高击穿强度、高压电敏感性、质轻、柔性、可大规模制备等优点广泛应用于传感器、压电制动器、非易失性存储材料等领域。聚偏氟乙烯(PVDF)及PVDF基共聚物是目前唯一可商业获得的铁电聚合物。但是，较差的铁电稳定性、聚合单体的高毒性以及低性价比都限制了PVDF作为铁电薄膜的应用。

奇数尼龙具有铁电性已经被报道了近50年；近年来，偶数尼龙也展现出电场诱导铁电性，并且尼龙的偶极子酰胺键-CO-NH-具有3.7D的偶极矩，高于PVDF中偶极子C-F的偶极矩(1.52D)。同时，尼龙作为一种重要的工程塑料，还具有优越的机械性能、耐磨性和热稳定性。因此尼龙是一种很有前景的铁电聚合物。

尼龙11(PA11)是最早报道具有铁电性的奇数尼龙，也是铁电性能研究最‘’为广泛的尼龙。PA11具有α，α’,γ,δ和δ’5种晶型，只有δ’才具有铁电性，这是因为该晶相中尼龙分子链间的氢键有序程度较差，分子间氢键作用力较弱，分子链较为扭曲，在外加电场下，偶极子可以发生取向。但是δ’相不是PA11热力学上最稳定的晶相，所以常用的制备铁电尼龙薄膜的方法是熔体淬火、拉伸，其存在在工序复杂，难以大规模制备等缺点；近期报道的溶液淬火、旋涂成膜的方法也具有溶剂昂贵、毒性大、工艺复杂等缺点。难以大规模、连续、快速制备铁电尼龙薄膜限制了其实际使用。

针对上述问题，目前文献报道中还没有较好的解决办法。通过化学结构改性，得到一种简单热加工可制得的铁电尼龙薄膜是铁电尼龙合成的一个技术瓶颈。本发明通过将尼龙11的单体氨基十一酸与戊二胺、十一碳二酸所成的尼龙511盐共聚，使其链规整性被破坏，结晶性能降低，热压成型直接得到具有铁电性能的介晶相结构。本发明可以实现铁电尼龙薄膜的大规模、快速制备，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单热加工可制得铁电尼龙薄膜的共聚聚酰胺及其制备方法，解决现有的铁电尼龙难以得到铁电晶相，铁电尼龙薄膜难以大规模、连续、快速制备的技术问题。本发明在尼龙11中引入尼龙511链段，使其链规整性被破坏，结晶性能降低，热压成型直接得到具有铁电性能的介晶相结构，实现铁电尼龙薄膜得大规模、连续、快速制备。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种简单热加工可制得的铁电尼龙薄膜，结构式为：

x＝0.9-0.5,y＝0.1-0.5。

本发明的一种简单热加工可制得的铁电尼龙薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将摩尔比为1:1～1.05的十一碳二元酸与戊二胺进行成盐反应，得到尼龙511盐；

步骤2：将氨基十一酸和尼龙511盐按照设定比例加入到高压釜中，因为PA11的偶极子密度与PA1111相同，PA11-511的偶极子密度比PA11大，为了方便化学结构组成调控，将氨基十一酸的分子量假定为尼龙1111盐的分子量402；进行预缩聚反应，得到预聚物；其中搅拌转速设定为300r/min。

步骤3：将步骤2得到的预聚物，升温、抽真空，继续进行熔融缩聚，并及时抽出产生的小分子副产物H₂O，提高聚合物分子量。