[发明专利]一种聚酰亚胺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学高分子材料制备技术领域，特别是一种高性能的聚酰亚胺及其制备方法。

背景技术

一种由芳香族酸酐和芳香族的异氰酸酯反应制得的聚酰亚胺，具有优异的热稳定性和不易熔化性，玻璃化表面温度为315℃。而且这种材料的纤维炭化温度在370℃。同时，由于芳环结构的存在，这种聚酰亚胺材料就具有高的防火性能，不易燃烧。氧指数为38。一般情况下，可以在260℃下使用。 这种聚酰亚胺耐多种有机试剂，如醇类，醚类，卤代烃类。但是强的极性，质子性溶剂是可以将其溶解的。如N,N'-二甲基甲酰胺（DMF），N,N'-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮（NMP），浓硫酸等。 由于其优异的化学性能，其的应用领域很广泛，可以用在高温过滤的滤网，防护服，隔热材料以及航空航天的领域，以及各种高温的极端环境。

传统的合成方法（US5066760）是将二苯甲酮四酸二酐（BTDI）加入到溶剂中，机械搅拌，通入氮气保护，加热80℃溶解，溶解之后，滴加两种二异氰酸酯——4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和甲苯二异氰酸（TDI）的混合物。其中TDI与MDI的摩尔比为4:1。滴加过程为控制在6小时以上，滴加完成之后反应1小时以上。之后停止反应，将混合物倒入到水，丙酮，甲醇等中洗去溶剂即可，缺点是反应时间为7小时以上，费时耗能。

发明内容

本发明的目的在于，供合成这种高性能聚酰亚胺的技术路线，这种合成路线大大节省了反应时间，有着节能和提高生产效率的功效。

为实现这一目的，本发明提供一种聚酰亚胺及其制备方法，采用缩合聚合方法，由二酸酐与两种二异氰酸酯的混合物共缩聚合成聚酰亚胺，反应过程中使用毒性小的溶剂作反应介质，副产物生成较少，不需分离纯化，反应过程简单，速度快，最终产物的后处理也十分容易，产物纯度很高。

本发明的技术解决方案如下:

一种聚酰亚胺，具有如下重复结构式：

 

其中R的结构为：

 

n=1,2,3……。

一种制备所述的聚酰亚胺的方法，包括化学式（1）所示的二苯甲酮四酸二酐和两种异氰酸的混合物按摩尔比1:0.97-1.101为原料，碱和水作为催化剂，进行缩聚反应；

（1）

所述的两种异氰酸的混合物是化学式（2）所示的甲苯二异氰酸酯和化学式（3）所示的4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯按摩尔比4:1混合。

或    （2）

  （3）。

本发明制备聚酰亚胺的整个反应方程式可表示为：

 

其中R的结构为：

 [0009]  n=1,2,3……。

聚酰亚胺的制备方法的具体步骤如下：

将二苯甲酮四酸二酐加入到的有机溶剂中，加碱和水作为催化剂；机械搅拌，通入氮气保护，加热60—120℃溶解，溶解之后，首先将70%-80%的两种异氰酸的混合物一次性加入反应体系，搅拌反应1小时；然后在1小时内滴加完剩余的20%-30%的两种异氰酸的混合物，再反应1-2小时，反应结束后，除去溶剂即可。

所述的有机溶剂为，N,N'-二甲基甲酰胺，N,N'-二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮，四氢呋喃，二甲基亚砜，苯，甲苯或二甲苯。

所述的碱为碱金属的烷氧基化合物或者碱金属的氢氧化物，碱的加入量相对于每1mol异氰酸酯的混合物加入0.0001—0.2mol的碱。

每g的碱对应于0.5-2g的水。

本发明的有益效果如下：

与传统的合成技术相比不同在于：第一、反应分为两步即第一步一次性加入80%异氰酸酯混合液进行预聚合反应；第二、将余下的20%异氰酸酯滴加入体系中。通过两步法，制备了高分子量的聚酰亚胺纺丝浆液。而传统的反应体系是一步法将异氰酸酯滴加入反应体系中，滴加时间通常在6—8小时。与传统反应工艺相比，本专利设计由于将反应分为两步，大大缩短了滴加时间，提高了生产效率，节约了能源。本发明所制得的聚酰亚胺，性能，强度都能满足目前各种领域的应用要求，在实际应用上有着广阔的前景，深远的意义和影响以及可观的经济价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不以此限制本发明的保护范围。

实施例1