[发明专利]一种含金刚烷基团的聚芳酰胺材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含金刚烷基团的聚芳酰胺材料及其制备方法和应用。本发明在传统聚芳酰胺出色的力学性能、耐溶剂性、阻燃性和耐热性的基础上，在主链芳环上引入了金刚烷这一大体积脂肪族笼状基团，降低了分子间作用力，增加了分子间距离，降低了结晶性能，从而增大了聚合物链的自由体积，能够改善聚芳酰胺的溶解性，使其更易于加工成型，同时降低了聚芳酰胺材料的介电常数。本发明通过低温预聚的方法制备所述聚芳酰胺材料，操作简单，条件温和，单体合成简便，易于大规模生产，在介电绝缘层材料、通讯天线包覆材料、5G基站包覆及防护材料等低介电材料方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及聚芳酰胺材料，尤其涉及一种含有金刚烷基团的聚芳酰胺材料，主要应用于介电绝缘层材料、通讯天线包覆材料、高性能纤维等方面，属于材料化学领域。

背景技术

随着通讯行业的快速发展，5G时代已经逐渐来临。5G通讯采用毫米波波段，由于电磁波的波长越短，绕射能力越差，传播过程中的衰减也逐渐增大。根据麦克斯韦方程组及其推导可以得知，材料的介电常数值越高，电磁信号传输速度越小，延迟越显著，损失越高。为了改善5G通讯的信号传输速度、信号延迟、信号损失等方面，需要开发具有较低介电常数的新型材料。

聚芳酰胺是一种由芳香族二胺和二酸反应缩聚而成的高性能聚合物，由于分子间氢键以及主链芳香族的刚性结构，其具有出色的力学性能、耐溶剂性、阻燃性和耐热性，被广泛应用于高性能纤维、大规模集成电路中的介电绝缘层等领域。但是传统使用的聚芳酰胺类材料的介电常数通常在3以上，对于信号的阻碍能力较强，在应用于通信及集成电路中时会有较大影响。因此，需要在保证材料性能的基础上，进一步降低其介电常数，使其能够更好地应用于绝缘材料中。

通过对聚合物结构的调控能够实现其介电常数的降低。介电常数与聚合物分子本身的极性有关，简单而言，向聚芳酰胺类材料结构中引入低极化率、大体积的脂肪族结构单元能够有效降低其介电常数。金刚烷是一类具有较大体积的脂肪族笼状分子，其具有较低的极化率，其自身便是较低介电常数的材料。将其引入到聚芳酰胺分子链中，理论上能够通过降低分子间作用力、增加分子间距离、降低结晶性能来增大聚合物链的自由体积，从而实现介电常数的降低。

发明内容

本发明旨在开发一种新型聚芳酰胺材料，主要通过修饰聚芳酰胺化学结构、向其主链上引入金刚烷衍生物来实现。引入大体积的脂肪族笼状分子金刚烷，能够降低聚合物链间作用力、增加分子间距离、增大聚合物链的自由体积，从而降低其介电常数。同时，由于大体积侧基的引入，还能够增加聚芳酰胺的溶解性，改善其加工性能。该新型聚芳酰胺材料在介电绝缘层材料、通讯天线包覆材料、5G基站包覆及防护材料等方面具有广阔的应用前景。

具体而言，本发明采用了调控修饰聚合物化学结构的新方法，对聚合物化学组成进行了改进。聚芳酰胺由含有所需结构单元的芳香族二酸和芳香族二胺反应聚合而成，通过对二胺和二酸的结构进行修饰，能够控制最终聚合得到的材料的性质，从而满足特定的功能。主要考虑向其分子结构引入低极化率基团或者大体积脂肪族基团。这些基团的引入，能够降低分子的极性，同时增加分子链的自由体积，降低分子链堆砌能力，从而有望得到具有较低介电常数的聚芳酰胺。更重要的是，传统的聚芳酰胺由于分子间相互作用较强，分子链刚性很高，虽然这些作用力赋予了其出色的综合性能，但是也导致其溶解性差、玻璃化温度较高等问题，对成型加工带来困难。通过在苯环侧基引入大体积取代基能够破坏分子链紧密堆积结构，改善溶解性和加工性能。因此，本发明所述的含金刚烷基团的聚芳酰胺在聚合物加工性能上也有较大的提升与改善。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种含金刚烷基团的聚芳酰胺材料，由式I所示的共聚单体单元组成：

式I中，Ar₁选自中的一种或多种；Ar₂选自中的一种或多种；n为50-1000之间的整数。