[发明专利]一类含六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高性能芳香型聚合物及其制备领域，特别涉及一类含六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法，其制备方法为：将等物质量的含六甲基取代对称结构的芳香二胺单体和商品化芳香二酐单体加入有机溶剂中，在催化剂作用下，于170～200℃搅拌反应5‑10h后，结束反应，经过沉降、洗涤和干燥，即可得到纤维状的含六甲基取代对称结构可溶性聚酰亚胺聚合物。该类聚酰亚胺在特定溶剂中的溶解度可达10wt％以上，具有优异的成膜性。该类聚酰亚胺可以应用于制备聚酰亚胺聚合物薄膜，用于气体分离膜材料，在气体分离领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于高性能芳香族聚合物及其制备领域，更具体地，涉及一类含六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法和应用。

背景技术

芳香族聚酰亚胺是一类重要的高性能材料，因为其优异的综合性能而应用于众多领域。作气体分离膜使用时，聚酰亚胺薄膜展现出了很高的气体选择性，在工业领域CO₂的捕捉，天然气的提纯和N₂的吸附等方面具有很高的应用价值。但是已商品化的聚酰亚胺通常具有较低的气体渗透性(如Kapton薄膜的对CO₂和O₂的渗透系数分别只有3.51和5.82barrer)，难以满足高效快速气体分离设备的发展需求。此外，在膜分离应用过程中经常在高温等复杂环境下进行，这要求聚合物具有优异的耐热性能和抗老化性能。另一方面由于聚酰亚胺的结构刚性以及较强的分子间作用力而导致其难溶难熔，难以加工，成为实际应用过程中遇到的技术挑战。因此，设计开发具有良好溶解性、耐热性和气体分离性能的聚酰亚胺膜材料具有极其重要的研究意义。

研究发现通过在聚酰亚胺分子结构中引入大的取代侧基结构，可以有效增加聚合物的自由体积，进而改善聚合物的溶解度成膜性和气体渗透性等。由于结构设计及合成上的挑战性，引入多个大的取代基来改性聚酰亚胺通常存在较大的困难。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，改善聚酰亚胺聚合物的溶解成膜性，并进一步提高聚合物膜的气体分离性能，基于分子设计出发，设计制备了一类含有六甲基取代结构聚酰亚胺，通过在聚合物分子主链中引入大自由体积的六甲基取代结构，一方面改善了聚酰亚胺的溶解性能，赋予了其优良的成膜性，另一方面进一步提高了聚酰亚胺膜材料的气体渗透性，使得该类聚酰亚胺聚合物在膜分离领域具有重要的潜在应用价值。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一类含六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺，所述的可溶性聚酰亚胺的结构单元中含有六甲基结构，其结构式为：

其中，为中的一种，重复单元n＝40～100。

本发明所述含六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺，在30℃、100kPa下对不同气体CO₂、CH₄、N₂的透过系数分别在77.1～91.3barrer、2.8～4.7barrer和5.4～8.2barrer之间，对CO₂/CH₄和CO₂/N₂的分离系数分别在19.43～29.16和11.13～15.32之间；其玻璃化转变温度范围为279～313℃，氮气和空气下的10％热失重温度范围分别为508～517℃和435～461℃。

本发明还提供了一种上述含有六甲基取代结构可溶性聚酰亚胺聚合物的制备方法，具体步骤为：