[发明专利]杂环间位芳纶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳香族聚酰胺及其合成方法，尤其涉及一种杂环间位芳纶及其制备方法。

背景技术

间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺（poly-m-phenyleneisophthalamide，简称PMIA），在我国又称为芳纶1313。采用间位芳纶制得的芳纶层压板具有较好的绝缘性能及耐温性能，可用于180℃（H）级的电机或发动机，能耐18～40KV的短时电压场强。但是，随着更高功率电机的出现，例如1600KW牵引电机等，对芳纶层压板的绝缘耐温等级提出了更高的要求，杂环间位芳纶具有更高的绝缘耐温性能，其制备的芳纶层压板能用于200℃（C）级的电机或发动机，能耐20～45KV的短时电压场强，满足更高要求的需要，使其在航空航天、军工、铁路等对材料性能要求高的领域有着广阔的应用前景。

间位芳纶具有优异的耐高温性能和绝缘性能，目前，间位芳纶的制备方法主要有三种：（1）低温溶液聚合；（2）界面聚合；（3）乳液聚合。目前主要使用的方法是低温溶液聚合法，相比于另外两种方法，该法耗用溶剂较少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂的析出、水洗和再溶解等操作，生产更加经济，所以低温溶液聚合法被广泛采用。

公开号为CN102731778A的中国专利文献公布了一种自流动间位芳纶及其制备方法，该方法采用带有磺酸基的间苯二胺来代替间苯二胺，改善了间位芳纶的溶解加工性能，但并未改善间位芳纶的耐温性能。公开号为US5235029A的美国专利文献公布了一种芳纶共聚物，该专利文献将间位芳纶与对位芳纶共聚得到了一种新型的芳纶材料，这种材料的强度和阻燃性优于间位芳纶，并且能改善间位芳纶的加工性能，但对改善间位芳纶耐温性能没有帮助。公开号为US3287324的美国专利文献公布了间位芳纶的制备方法和所保护的单体，其中并无三嗪类杂环，该制备方法采用传统低温溶液缩聚法，耗时耗能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐温性能高和绝缘性能好的杂环间位芳纶，还提供一种反应速度快且效率高的杂环间位芳纶的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种杂环间位芳纶，所述杂环间位芳纶的分子结构通式为下式（Ⅰ）：

其中，m为整数，n为正整数，且m与n的比值≤1，R为甲基（Me）、乙基（Et）、丙基（Pr）、苯基（Ph）、氢基（H）、氟基（F）、氯基（Cl）、溴基（Br）、碘基（I）中的一种。

上述的杂环间位芳纶中，所述杂环间位芳纶的玻璃化转变温度为300℃～350℃，5%热质量损失温度在350℃～450℃。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种杂环间位芳纶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将间苯二胺和2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪加入由助溶剂和极性有机溶剂组成的复合溶剂中，设间苯二胺与2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪的摩尔比为a，则0≤a≤1，间苯二胺和2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪的总质量与复合溶剂的质量之比为1～3∶10；然后向所得溶液中加入4-二甲氨基吡啶作为催化剂，4-二甲氨基吡啶的摩尔量为间苯二胺和2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪总摩尔量的0.01%～0.1%，将得到的混合液在惰性气体保护下室温搅拌，然后冷却至-10℃～10℃；

（2）将间苯二甲酰氯加入到上述冷却后的混合液中，间苯二甲酰氯的加入量为步骤（1）中间苯二胺和2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪总摩尔量的0.9～1.1倍，然后升温至40℃～80℃进行反应，反应完成后，调节反应产物的pH值至6～8，得到含杂环间位芳纶的中性溶液，经透析和干燥后，得到杂环间位芳纶；

所述2,4-二氨基-6-R-1,3,5-三嗪中R为甲基、乙基、丙基、苯基、氢基、氟基、氯基、溴基、碘基中的一种。

上述的制备方法中，所述复合溶剂中助溶剂的质量分数优选2%～7%。

上述的制备方法中，所述助溶剂优选氯化锂或氯化钙，或氯化锂和氯化钙的任意比组合；所述极性有机溶剂优选二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

上述的制备方法中，优选的，步骤（2）中所述间苯二甲酰氯分2～4次加入步骤（1）冷却后的混合液中，每次间隔5min～20min。

上述的制备方法中，步骤（2）中所述反应的时间优选10min～30min。

上述的制备方法中，步骤（2）中所述pH值优选由氢氧化钙进行调节。