[发明专利]高Tg、高模量形状记忆阻燃聚酰亚胺及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种高Tg、高模量形状记忆阻燃聚酰亚胺及其制备方法和应用，所述高Tg、高模量形状记忆阻燃聚酰亚胺由二胺和联苯二酐制备而成；其中，所述二胺包括含咪唑类的芳杂环二胺和含磷二胺，所述含咪唑类的芳杂环二胺和所述含磷二胺的物质的量比为0.9:0.1，所述二胺和所述联苯二酐的物质的量比为1:1‑1.01。本发明通过将含咪唑类的芳杂环二胺和联苯二酐制备得到聚酰亚胺，具有形状记忆性能，具有较高的形状固定率和形状回复率，阻燃性能达到UL94VTM‑0级别，显著提高了聚酰亚胺在可变形的柔性电极、高温主动变形的航天器件和可展开结构领域中的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能高分子技术领域，具体而言，涉及一种高Tg、高模量形状记忆阻燃聚酰亚胺及其制备方法和应用。

背景技术

形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是一种能够响应热、光、电、磁或化学等外在刺激的智能材料，具有形状记忆效应的聚合物在赋形后可以保持一定的临时形状，并在外界刺激下回复到变形前的初始形状。自1940年Mather第一次提出“弹性记忆”之后，形状记忆材料开始引起研究者的注意，SMP因其独特的形状记忆功能已经成为继形状记忆合金(SMA)后的又一热门研究领域。相对于SMA，SMP具有质轻、生产成本低、易加工、性能易于调控、回复应变大和响应温度范围宽等优点，且其可以对多种刺激方式产生响应。

聚酰亚胺材料具有优异的耐高低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定、低热膨胀系数、高电绝缘、低介电常数与损耗、耐辐照和耐腐蚀等优点，同时具有真空挥发份低、挥发可凝物少等空间材料的特点。聚酰亚胺材料能够加工成聚酰亚胺薄膜、耐高温工程塑料、复合材料用基本树脂、耐高温粘结剂和纤维等多种材料形式，在航天、航空、空间、微电子、精密机械、医疗器械等高新技术领域具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

具有形状记忆功能的聚酰亚胺(Shape Memory Polyimide,SMPI)具有优异的形状记忆效应、热稳定性、耐辐射性和良好的机械性能，能够应用于传感器和可展开结构等领域。复旦大学俞燕蕾等将0～8％wt笼形聚倍半硅氧烷接枝到六氟二酐和2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯合成的SMPI基体中，得到形状记忆转变温度为320～380℃的浅色透明的有机-无机杂化SMPI，为目前已知的形状记忆转变温度最高的SMPI薄膜。另外，一般的SMPI薄膜在形状记忆转变过程中，储能模量会大幅降低，绝大多数会低于400MPa。

此外，为了满足SMPI在高温耐火环境中的应用，常在其中掺杂阻燃剂，磷系阻燃剂是一种非常有效的环境友好型阻燃剂。但是采用物理共混阻燃剂的方式容易导致分散不均匀、易析出和易形成应力集中点等问题，从而导致SMPI的力学性能下降。为了进一步提高SMPI的应用前景，需要开发形状记忆转变温度更高，性能更好，阻燃能力更强的SMPI。

发明内容

本发明解决的问题是如何提供一种形状记忆转变温度更高，性能更好，阻燃能力更强的聚酰亚胺薄膜。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种高Tg、高模量形状记忆阻燃聚酰亚胺，由二胺和联苯二酐制备而成；其中，所述二胺包括含咪唑类的芳杂环二胺和含磷二胺，所述含咪唑类的芳杂环二胺和所述含磷二胺的物质的量比为0.9:0.1，所述二胺和所述联苯二酐的物质的量比为1:1-1.01。

优选地，所述含咪唑类的芳杂环二胺包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑；所述含磷的二胺包括双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]苯基氧化膦。

优选地，所述联苯二酐包括3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐。

优选地，聚酰亚胺的分子结构式如式(1)所示：

其中，n的取值范围为122-175。