[发明专利]新型可纺性热致液晶聚酯酰亚胺及其合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及热致性液晶聚合物，尤其是一类具有优异成纤性能、适合熔融纺丝的新型 热致液晶聚酯酰亚胺及其合成方法。

背景技术

热致性液晶聚合物(TLCP)是一类具有自增强作用的高性能高分子材料，兼具优异的 耐热性、耐腐蚀性及高强高模等优良的物理和力学性能，已逐渐在高科技及各工程领域得 到应用，具有广阔的发展前景。与此同时，为了克服TLCP作为高性能结构材料所存在的 价格高、加工条件苛刻、链序列结构难以控制等缺点，发展合成步骤简单、反应条件温和 及结构性能可控的合成制备工艺，并研究其“原位增强”等共混改性技术，已成为研制新 型高性能聚合物材料的重要途径之一。

具有液晶性的聚酯酰亚胺是一类新型的液晶聚合物，其分子链既含酯键，又含酰亚胺 键，综合了聚酯和聚酰亚胺的优异性能；其液晶性又赋予它一些特殊的性能，如：优异的 热性能、机械性能、低的线膨胀系数、高的自取向性等，有望成为一类耐热高性能聚合物 材料。聚酯酰亚胺的另一个突出优点是：其主链和侧链基团的化学结构可调节性较大，可 通过分子结构的设计，合成出熔融温度可在一定范围内调控、具有多种多样物理和力学性 能的液晶聚酯酰亚胺。如通过结构的调控可获得具有优异成纤性能及可纺性的热致液晶聚 酯酰亚胺，其自增强特性可用于其它基体树脂的增强。液晶聚酯酰亚胺与许多聚合物树脂 有较好的相容性，界面黏结比较好。因此，无论是作为高性能材料还是用作原位复合材料 或高性能复合纤维的增强相都具有诱人的科学价值和良好的开发应用前景。

发明内容

本发明的目的是通过对聚合物分子结构的设计以及单体的合理选择，提供一种新型热 致液晶聚酯酰亚胺，其具有优异的成纤性能，可适用于熔融纺丝且具有合适的加工温度。

本发明的另一个目的是提供一种新型热致液晶聚酯酰亚胺的合成方法，其合成步骤简 单，反应条件温和，结构性能可控。

本发明的目的是这样实现的：一种新型热致液晶聚酯酰亚胺，结构通式为：

式中n为4～12的整数，X∶Y∶Z为1∶1∶0.2～1∶1∶8。

一种新型可纺性热致液晶聚酯酰亚胺的合成方法，由酰亚胺二羧酸、羟基酸及芳香二 元酚作为单体通过溶液直接缩聚法合成。

所述的酰亚胺二羧酸为一种或一种以上具有酰亚胺键及柔性间隔基的酰亚胺二羧酸 单体，通式为：

其中n为4～12的整数。

所述的羟基酸为6-羟基-2`-萘甲酸(HNA)。

所述的二元酚为一种或一种以上具有芳香结构的二元酚单体，通式为：HO-Ar-OH，其 中Ar选自：

上述X选自：

本发明通过在聚合物分子结构中引入柔性间隔基和具有扭曲结构的单元，在保持聚合 物优异热稳定性的基础上，获得具有优异可纺性能、合适熔融加工温度的液晶聚合物。本 发明的液晶聚合物的熔融温度可在较宽范围内(200℃～300℃)进行调控，相比商品化的 热致液晶聚酯(如Vectra、Xydar)要低，与各类通用塑料有共同的加工窗口，可通过熔 融共混的方法制备微纤增强的液晶聚合物与通用热塑性塑料的原位增强复合材料或制备 高强度高模量的原位增强共混纤维。

具体实施方式

本发明所使用单体分别为一种或一种以上分子结构上带有柔性间隔基的酰亚胺二酸 单体(IAn)、带有一定扭曲结构的羟基酸-6-羟基-2`-萘甲酸(HNA)、以及一一种或一种 以上具有芳香结构的二元酚单体。各种单体的结构通式分别如下所示：

(a)酰亚胺二酸单体结构式

(b)6-羟基-2`-萘甲酸结构式

其中X选自：

(c)芳香二元酚单体结构式

本发明的液晶聚合物，采用溶液直接聚合的方法，通过一步投料法或分步投料的方法 共缩聚而得：以苯磺酰氯(BsCl)为缩聚剂，N，N`-二甲基甲酰胺(DMF)和吡啶(Py)为 反应介质，在比较温和的条件下，通过一步或者分步投料的方法加入上述各种单体，直接 缩聚成高分子量、高强度、成纤性能优异的新型热致液晶聚酯酰亚胺，其结构通式如下式 所示：

式中n为4～12的整数，X∶Y∶Z为1∶1∶0.2～1∶1∶8。