[发明专利]一种聚苯并咪唑耐高温材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐高温材料技术领域，尤其涉及一种聚苯并咪唑耐高温材料及其制备方法。

背景技术

随着航天技术的发展，特别是航天飞行器速度和有效载荷与结构质量比的提高，耐高温先进复合材料正在成为最主要的航天结构材料。聚苯并咪唑(PBI)树脂在400℃以上仍具有良好的力学、电学、自润滑、耐辐射、耐水解、和阻燃等特性，因而在航空、航天、电子、微电子等领域具有广阔的前景。

聚苯并咪唑通常可用多种四氨基化合物，如四氨基联苯及四氨基联苯醚等化合物，与对苯二甲酸、甲苯二甲酸、萘二酸及其衍生物缩聚制得。不同的基团结构会引起性能上的一些变化，如芳香苯环的增多能提高其热稳定性，而加工性能下降；主链引入醚基，侧链引入甲基会增加其可溶性和柔顺性，但降低了耐热性，因此需要根据聚合物材料的不同用途来选择合适的化学结构。

世界专利WO2007/008327公布了一种以两阶段生产聚苯并咪唑的工艺。第一步是通过一种芳烃四胺和二羧酸在230℃下发泡，然后粉碎得到粉碎预聚物，然后在高温下继续反应一段时间得到高分子量的聚苯并咪唑。该方法需要预聚并捣碎，而且第二步需要较高的温度，工艺不连续，不利于工业化生产。

世界专利WO2006/014213公布了一种生产聚苯并咪唑的连续熔聚法。在生产的后阶段需要较高的温度，并且需要高压，所以其优选的为高强度反应容器。虽然该工艺实现了聚苯并咪唑生产的连续化，但是需要高温高压反应，相应的危险性就提高了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种热稳定性好的聚苯并咪唑耐高温材料及其制备方法，该方法工艺连续、简单、不需要高压反应。

一种聚苯并咪唑耐高温材料，其特征在于它由以下方法制备得到：将脂肪族二元羧酸酐或芳香族二元或多元羧酸酐，芳香族四氨基化合物，及含磷催化剂按照摩尔比1:0.5-3:0.001-0.05加入至反应容器中，持续搅拌，抽真空使反应容器的真空度保持在0.2-5.0KPa，然后升温至210-270℃，原料发生反应，待出现块状产物后，升温至320-520℃，继续抽真空使反应容器的真空度保持在0.2-5.0KPa反应1-6小时，最后向反应容器中加入蒸馏水使产物完全浸没，捣碎反应所得产物，用碳酸氢钠溶液浸泡，水洗至中性，过滤后干燥即得所述聚苯并咪唑耐高温材料。

上述方案中，所述脂肪族二元羧酸酐为丁二酸酐、戊二酸酐、1,2-环己基二乙酸酐、或3-叔丁基二甲硅氧基戊二酸酐中的任意一种或两种以上的混合，任意两种以上混合时为任意配比。

上述方案中，所述芳香族二元或多元羧酸酐为邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、联苯二甲酸酐、1，8-萘二甲酸酐、1，4，5，8-萘四甲酸酐二酐、或芘四酸酐中的任意一种或两种以上的混合，任意两种以上混合时为任意配比。

上述方案中，所述芳香族四氨基化合物为3,3',4,4'-四氨基联苯或3,3',4,4'-四氨基二苯醚中的任意一种或两种的混合，两种混合时为任意配比。

上述方案中，所述含磷催化剂为亚磷酸三苯酯、多聚磷酸、或五氧化二磷中的任意一种或两种以上的混合，任意两种以上混合时为任意配比。

一种聚苯并咪唑耐高温材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1）原料的选取：按各原料的投料摩尔比，脂肪族二元羧酸酐或芳香族二元或多元羧酸酐：芳香族四氨基化合物：含磷催化剂为1:0.5-3:0.001-0.05，选取所述二元或多元羧酸酐、四氨基化合物、含磷催化剂，备用；

2）将上述原料加入至反应容器中持续搅拌，抽真空使反应容器的真空度保持在0.2-5.0KPa，然后升温至210-270℃，原料发生反应，待出现块状产物后，升温至320-520℃，继续抽真空使反应容器的真空度保持在0.2-5.0KPa反应1-6小时；

3）向上述反应容器中加入蒸馏水使产物完全浸没，捣碎反应所得产物，用碳酸氢钠溶液浸泡，水洗至中性，过滤后干燥即得所述聚苯并咪唑耐高温材料。

上述方案中，所述脂肪族二元羧酸酐为丁二酸酐、戊二酸酐、1,2-环己基二乙酸酐、或3-叔丁基二甲硅氧基戊二酸酐中的任意一种或两种以上的混合，任意两种以上混合时为任意配比。

上述方案中，所述芳香族二元或多元羧酸酐为邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、联苯二甲酸酐、1，8-萘二甲酸酐、1，4，5，8-萘四甲酸酐二酐、或芘四酸酐中的任意一种或两种以上的混合，任意两种以上混合时为任意配比。