[发明专利]一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺和聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺和聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用，涉及高分子材料技术领域。本发明提供了一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺，由所述含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺作为成膜物形成的聚酰亚胺薄膜具有极低的热膨胀系数、良好的机械力学性能以及较高的玻璃化转变温度，可有效应用在挠性覆铜板和柔性太阳电池基板中。实施例结果表明，本发明提供的聚酰亚胺薄膜在50～150℃温度区间的热膨胀系数为2.17～11.43ppm/K，玻璃化转变温度为411～437℃，5％热分解温度为547～560℃，拉伸强度为241～254MPa，拉伸模量为5.6～6.9GPa。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺和聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰亚胺薄膜是一种耐热性优良的绝缘材料，其广泛应用于电子、电工、航天航空等行业。对于应用于挠性覆铜板和柔性太阳能电池柔性衬底材料的聚酰亚胺薄膜，在具有优良耐高温性能的基础上，还需要具备与铜箔或硅基板相匹配的较低的热膨胀系数及优异的机械性能。但是传统的聚酰亚胺薄膜一般热膨胀系数远远大于铜箔或硅基板，这大大限制了聚酰亚胺在光电材料中的进一步应用。

目前采用的降低聚酰亚胺热膨胀系数的方法有：(1)用刚性结构的芳香族二酐或二胺单体获得具有紧密分子堆积的聚酰亚胺，这种有序的分子堆积可降低聚酰亚胺的热膨胀系数，如公开号为CN105037769A的中国发明专利，但是这种方法对热膨胀系数的降低幅度有限，热膨胀系数仍在15ppm/k以上；(2)采用具有低热膨胀系数的无机纳米颗粒与聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸共混，再进行热亚胺化，如公开号为CN1258690A和CN101289542A的中国发明专利，这种方式能够降低聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数，但是存在无机纳米颗粒分散不均匀甚至团聚的现象，在降低产品良品率的同时还会牺牲聚酰亚胺薄膜的机械性能。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺和聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。由本发明提供的含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺作为成膜物形成的聚酰亚胺薄膜具有极低的热膨胀系数、较高的玻璃化转变温度以及良好的机械性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺，具有式I所示结构：

式I中，n代表聚合度；

R为以下取代基中的任意一种：

Ar为以下结构中的任意一种或两种：

优选地，含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺，具有式Ⅱ～式Ⅹ任意一项所示结构：

本发明提供了一种聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜的成膜物为以上技术方案所述的含N取代双苯并咪唑聚酰亚胺。

本发明提供了以上技术方案所述聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在保护气氛下，将二胺单体、二酐单体和有机溶剂混合进行缩聚反应，得到聚酰胺酸溶液；

(2)将所述聚酰胺酸溶液进行流延铺膜，得到聚酰胺酸湿膜；

(3)将所述聚酰胺酸湿膜依次进行除溶剂处理和热亚胺化，得到所述聚酰亚胺薄膜；

所述二胺单体具有式Ⅺ所示结构，所述二酐单体具有式Ⅻ所示结构：

优选地，所述二胺单体和二酐单体的摩尔比为1:(1～1.3)。