[发明专利]一种水相合成热固性聚酰亚胺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及热固性聚酰亚胺的合成方法。

背景技术

聚酰亚胺作为一种尖端结构材料或功能性材料，具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、抗辐射、抗氧化、机械强度高、电绝缘性能好等优异特性。热固性聚酰亚胺是一类具有网状结构的交联高分子材料，由于合成以及应用加工途径的多样性等特点，它们以胶粘剂、涂料、灌封材料和复合材料等形式广泛应用于机械、电子电气、航天航空等技术领域中。

聚酰亚胺，均是通过二胺和二酐进行聚合反应形成的主链上含有酰亚胺环的一类高分子化合物。其单体分子结构及其分子量分布的不同，将赋予其不同的热力学、光学和机械力学性能。由于任何二胺或二酐类化合物均为疏水的有机物，且聚酰胺酸十分易水解, 因此不使用水作为合成聚酰亚胺的溶剂。目前仍然采用在有机溶剂中低温形成聚酰胺酸,高温亚胺化获得聚酰亚胺材料,如N，N-二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮或者间甲酚等有机溶剂。为此不仅原料的成本高、反应周期长、污染大、危险性大，产品中残留的高沸点有机溶剂难以除尽，而且有机溶剂与聚酰亚胺的分离和回收衍生出很多工艺过程，既耗时又耗能。近年发现在适当高压力及温度下，水也可成为某些有机化合物的良溶剂。澳大利亚的JOHN CHIEF ARI等首次提出水相合成聚酰亚胺的技术，使用水为溶剂采用高压缩聚方法合成聚酰亚胺, 然而很难重复获得高分子量，性能稳定的产品。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的提供了一种产品性能稳定的水相合成热固性聚酰亚胺的方法。

本发明提供了一种水相合成热固性聚酰亚胺的方法, 其特征在于包括以下步骤：

1）分别称取二酐、催化剂加入水中，二酐和催化剂质量比为2000:1～120:1、二酐与水的质量比为1:30～1:50，同时通入氮气至0.5～2.0MPa，并在30～150℃的条件下恒温搅拌0.5～3h，搅拌速度为50～400r/min；

2）在30～150℃、以1）中所加二酐的量为基准，按一定比例加入二胺和封端剂，其中封端剂为含有一个不饱和键的酸酐或苯胺，同时通入氮气至0.5～2.0MPa，继续在该温度下搅拌、恒温0.5～2h；

3）步骤2)结束后，以1～5℃/min的升温速度升温至135～180℃，并以相同的速度继续搅拌、恒温0.5～2h；

4） 步骤3)结束后，以1～5℃/min的升温速度升温至180～250℃，并以相同的速度继续搅拌、恒温0.5～2h；

5）步骤4)结束后，降温，对所得聚酰亚胺/水混合物进行分离、洗涤、干燥，即得热固性聚酰亚胺产品。

进一步的，在步骤1)中，二酐、二胺的粒径均为5～200μm。

进一步的，当加入的封端剂为酸酐类物质时，二酐与二胺摩尔比为1：2～1：1.25、二酐和封端剂的摩尔比为1:2～1：0.5。

进一步的，当加入的封端剂为胺类物质时，二胺与二酐摩尔比为1：2～1：1.25、二胺和封端剂的摩尔比为1:2～1：0.5。

进一步的，所述的二酐选自3，3＇，4，4＇-联苯四甲酸二酐、或者均苯四甲酸二酐、或者3，3＇，4，4＇-四羧基二苯酮二酐、或者 4，4＇-氧双邻苯二甲酸酐中的任意一种；

进一步的，所述的二胺选自3,4-二氨基二苯醚、或者4,4-二氨基二苯醚、或者二氨基二苯甲烷、或者间苯二胺、或者对苯二胺的任意一种。

进一步的，所述的含有一个不饱和键的酸酐或苯胺封端剂选自甲基纳迪克酸酐、内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、马来酸酐、烯丙基降冰片酸酐或者3-乙烯基苯胺、3-乙炔基苯胺中的任意一种。

进一步的，所述的催化剂选自四丁基溴化铵、或者四丁基氯化铵、或者苄基三乙基氯化铵、或者三辛基甲基氯化铵中的任意一种。

进一步的，在所述的在步骤5）中，采用甲醇进行洗涤。

本发明的工作原理：以水作反应介质，在30～250℃温度范围内由二酐和二胺合成热固性聚酰亚胺。催化剂的作用是提高聚合反应产率；通过改变封端剂质量调控分子量，并由封端剂中的不饱和键在固化温度下发生交联，形成网状结构，获得不同性能的热固性聚酰亚胺。

本发明的优点在于：①工艺简单，易于产业化，②成本低，③无污染，④产品性能的可调范围宽，可控性好。更为重要的是，该技术非常容易实现规模化工业生产。

具体实施方式:

实施例1