[发明专利]烷基取代脂环二酐化合物及由其制备的聚酰亚胺

说明书

技术领域

本发明属于功能性聚酰亚胺材料领域，涉及一种烷基取代脂环二酐化合物及由其制备的聚酰亚胺。

背景技术

近年来，含有脂环结构的聚酰亚胺(PI)薄膜在光电领域中得到了广泛的重视。与传统的全芳香PI薄膜不同，脂环PI薄膜兼具优良的光学透明性、高尺寸稳定性、低介电常数等特性，因此近年来在液晶显示、太阳电池、光纤通讯等先进光电领域中均得到了广泛的研究(Matsumoto T，et al.Alicyclic polyimides-a colorless and thermally stable polymer for optoelectronic devices.J Phys：Conf ser，2009，187：012005)。

尽管脂环PI的基础与应用研究取得了重要的进展，但其发展也存在一些问题。例如，用于合成脂环PI的脂环二酐单体的合成工艺通常较为复杂，商业化品种很少，价格昂贵，直接造成了脂环PI的高成本。另一方面，十分有限的商业化脂环二酐品种也直接造成了脂环PI难以像芳香族PI那样广泛地进行分子设计和结构改性。最后，虽然大部分脂环PI的光学性能较芳香PI优异，但其耐热稳定性却相对较差。上述缺陷均在很大程度上限制了脂环PI的应用。例如，日本专利JP 2003-192685报到了一种脂环二酐单体，1，2，3，4-环丁烷四酸二酐(CBDA)的制备工艺。该工艺采用顺丁烯二酸酐作为原料，通过光照反应制得目标化合物。该反应条件由于受光源波长、辐照时间等多种因素影响，因此难以实现批量化。日本专利JP1991-001313及其引用文件报到了一种脂环二酐，2，3，5-三羧基环戊基乙酸二酐(TCA-AH)的制备工艺。该工艺以双环戊二烯为起始原料，经过水解、硝酸高温氧化、脱水等工艺最终制得目标化合物，反应条件十分苛刻。虽然目前基于CBDA或TCA-AH二酐单体的PI均已经商业化，在薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)中广泛用作液晶取向剂，但由于上述单体的成本较高，造成目前PI取向剂的价格十分昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种烷基取代脂环二酐化合物及由其制备的聚酰亚胺。

本发明提供的烷基取代脂环二酐化合物，其结构通式如式I所示，

(式I)

所述式I结构通式中，R₁为-H或-CH₃；R₂为-H或通式为-C_mH_2m+1的烷基取代基，m为1～16，优选m为1～10，具体可为1-4。

本发明提供的制备式I所示化合物的方法，包括如下步骤：在一氧化氮气体的催化作用下，将4-烷基取代苯乙烯与烷基取代顺丁烯二酸酐在阻聚剂存在的条件下进行反应，反应完毕后降温加入乙腈溶解，溶解完毕后再加入甲苯，冷却析出得到所述式I所示化合物。

上述方法中，所述4-烷基取代苯乙烯选自苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、4-丙基苯乙烯、4-异丁基苯乙烯、4-叔丁基苯乙烯、4-戊基苯乙烯、4-己基苯乙烯、4-庚基苯乙烯、4-辛基苯乙烯、4-壬基苯乙烯、4-癸基苯乙烯、4-十一烷基苯乙烯、4-十二烷基苯乙烯、4-十三烷基苯乙烯、4-十四烷基苯乙烯、4-十五烷基苯乙烯和4-十六烷基苯乙烯中的至少一种，优选4-甲基苯乙烯；

所述烷基取代顺丁烯二酸酐选自顺丁烯二酸酐、马来酸酐、甲基顺丁烯二酸酐中的至少一种，优选顺丁烯二酸酐；

所述阻聚剂为酚类化合物，所述酚类化合物选自对苯二酚、间苯二酚、2-甲基对苯二酚、2，5-二甲基对苯二酚、2，5-二特丁基对苯二酚和2，5-二叔丁基对苯二酚中的至少一种，优选2，5-二叔丁基对苯二酚；

所述4-烷基取代苯乙烯、所述烷基取代顺丁烯二酸酐与所述阻聚剂的投料摩尔比为1～2.5∶1∶0.0005～0.005，优选1.5～2.0∶1∶0.001～0.002；

所述反应步骤中，温度为70℃～150℃，优选90～125℃，具体可为115-120℃，反应时间为5～20小时，优选10～15小时。

本发明提供的聚酰亚胺，其结构通式如式III所示，

(式III)