[发明专利]可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺、薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别是涉及一种可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺、薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺指的是一类主要以酰亚胺环为特征结构的聚合物。由于它具有很多优异的性能，因而被广泛应用。芳香族聚酰亚胺属于不溶不熔的聚合物，加工成型困难，这是由于其分子链中通常含有苯环，导致其刚性的形成，增加了分子链间的作用力和结晶倾向，导致分子紧密堆积，造成聚酰亚胺分子不溶不熔。因此，制备可溶性聚酰亚胺，从根本上来说，要从分子结构着手，从合成聚酰亚胺的二酐和二胺单体的结构着手，减少分子链中刚性结构单元的存在，增加柔性结构单元，减少分子间的相互作用力和结晶倾向，设计并合成的聚酰亚胺既要具有良好溶解性能又能保持原有优异的综合性能。

一般来说，通过分子设计合成可溶性聚酰亚胺的方法主要有三种：一是在聚合物主链中引入醚基，亚甲基，砜基，羰基等柔性结构单元，减少分子链中的刚性结构单元，增加分子链的柔韧性；二是在聚酰亚胺链中引入脂环结构单元；三是在聚酰亚胺链中引入大的侧基或侧链，减少分子间的相互作用力。

发明内容

本发明的目的是在聚酰亚胺分子链中引入亚甲基与脂环结构单元，由于脂环族结构单元破坏了芳香族聚酰亚胺结构上的大π键，大大降低了分子间作用力，从而增加了聚酰亚胺的溶解性，并且引入的亚甲基可以增加分子链的柔韧性。故本发明聚合得到的聚酰亚胺PI具有有机溶剂可溶性、热塑性、低吸水性、高耐热性。

具体的技术方案如下：

具有式Ⅰ结构的可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺，

式中n=1-200。

在其中一些实施例中，其由马来海松酸二酐和1,10-癸二胺制备而得，所述马来海松酸二酐与1,10-癸二胺的摩尔比为1-1.05:1。

在其中一些实施例中，所述马来海松酸二酐与1,10-癸二胺的摩尔比为1.01:1。

本发明的另一目的是提供上述可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺薄膜的制备方法。

具体的技术方案如下：

一种上述可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将1,10-癸二胺和有机溶剂置于三口瓶中，室温并在惰性气体保护下，搅拌至完全溶解，然后将马来海松酸二酐分3-5次投入三口瓶中，每2次投料间隔为5-30min，投料完毕后，继续反应1.5-5h，得聚酰胺酸PAA溶液，所述聚酰胺酸溶液的固含量为10-20%；

（2）将步骤（1）得到的聚酰胺酸溶液通过梯度升温的方式或连续升温的方式，使其发生热酰亚胺化反应得到所述可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺薄膜；或者在步骤（1）得到的聚酰胺酸溶液中加入化学脱水剂和催化剂后，通过化学酰亚胺化的方法得到所述可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺薄膜；或者同时采用热酰亚胺化和化学酰亚胺化法来得到所述可溶性生物基长碳链半脂环族聚酰亚胺薄膜。

在其中一些实施例中，所述有机溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种；

所述化学脱水剂选自乙酸酐、冰醋酸、氯化亚砜、三氟乙酸酐、苯甲酸酐中的一种或几种；

所述催化剂选自三乙胺、异喹啉、吡啶、羟基吡啶中一种或几种。

在其中一些实施例中，所述热酰亚胺化反应步骤如下：将步骤（1）得到的聚酰胺酸溶液快速而均匀地涂覆于干净的玻璃板上，随后将玻璃板放入含有硅胶干燥剂的玻璃容器中，玻璃容器顶部留出几个小孔方便溶剂蒸发排除，将玻璃容器放入烘箱中，加热升温进行热酰亚胺化反应，其工艺参数如下，梯度升温方式：由室温升温0.5-1.5小时至55-60℃，保温4-7小时，然后升温1-2小时至110-130℃，保温0.4-0.8小时，然后继续升温0.4-0.8小时至150-170℃，保温0.1-0.3小时，然后继续升温0.4-0.8小时至195-205℃，保温0.4-0.8小时，然后继续升温0.5-1.5小时至225-235℃，保温1-2小时；连续升温方式：由室温升温0.5-1.5小时至55-60℃，保温0.5-1.5小时，除去溶剂，然后继续升温1.5-2.5小时至225-235℃，保温1.5-2.5小时；待热酰亚胺化反应结束后，缓慢冷却到室温，即得所述可溶性松香基聚酰亚胺薄膜，经水煮脱膜；