[发明专利]一种高耐热性、高流动性聚酰亚胺模塑粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种新型聚酰亚胺模塑粉的制备技术。

背景技术

新型耐热工程塑料聚酰亚胺(PI)作为一种性能突出的尖端材料，以其优异的电绝缘性、耐磨性、抗高温辐射和物理机械性能，广泛用于机电、电子电气、仪表、石油化工等领域，已成为全球火箭、宇航等尖端科技领域不可缺少的材料之一。聚酰亚胺(PI)就其化学结构组成来说，有全芳型和脂族型之分。前者有均酐系列、联苯系列、酮(醚)酐系列、偏酐系列等；后者有双马来酰亚胺等。它们可以制造成薄膜、纤维、成型材料、复合材料以及涂料、胶粘剂等制品，以适应各种不同的用途。全芳型聚酰亚胺(PI)，是特种工程塑料家族中最重要的成员。它的耐热性最高、综合性能最好、用量最大、用途最广。

聚酰亚胺模塑粉主要用于模压成型制备模压零件。由于该材料具有良好的机械性能和耐热性、耐腐蚀性、耐绝缘性等，受到人们的高度重视，其制品广泛应用于机械、化工、电气、核电工业、航天器等领域的耐高温零件以及印制电路材料等。比如用作飞机喷气发动机零件，机械零件轴套和轴承以及密封圈，印刷机元件和连接器等。然而大多数全芳香型聚酰亚胺不溶、不熔，模压成型条件高，模压制品的韧性差，使其应用范围受到了限制。此外，聚酰亚胺的优异特性很大程度取决于聚酰胺酸转化成聚酰亚胺的环化条件、亚胺化程度等因素，因而对聚酰亚胺的亚胺化工艺进行研究，对改善模压材料的性能具有重要意义。

至今所开发的全芳型聚酰亚胺树脂，可加工性差，故应用领域受到限制。新品PI开发的重点主要集中在开发热塑性PI，改善PI自身的加工性能以及与其它材料的兼容性，以适应航空航天和电子工业等领域对尖端材料的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是为了改进常规的聚酰亚胺的热性能和加工性能而制备一种新型的具有特殊结构的高耐热性、高流动性热塑性聚酰亚胺模塑粉。

为了获得比现有聚酰亚胺模塑粉更优异的性能，本发明采用含有柔性链段的二酐单体与特殊结构的二胺通过高温溶液缩聚制得拥有较高玻璃化转变温度，所以具有高耐热性，同时还具有良好的流动性能的新型聚酰亚胺模塑粉。由于这种模塑粉具有的特殊分子链结构，使得聚合物链端之间的分子间作用力降低，这使聚酰亚胺在高温熔融时具有良好的流动性，同时这种聚酰亚胺模塑粉中拥有亚胺环、苯并咪唑等刚性结构，又使其拥有比一般聚酰亚胺更高的玻璃化转变温度。这样的聚酰亚胺模塑粉既能够满足在高温环境下正常工作，又能具备良好的热塑性，提升了本身的加工性能，拥有良好的发展前景。

本发明中聚酰亚胺模塑粉，其结构通式如式（Ⅰ）所示：

n代表聚合度，为10～60的整数。

R₁结构为：

R₂结构为：

此方法中使用含有特殊结构的二酐和二胺聚合而得到聚酰胺酸，然后加入封端剂，控制其达到特定的分子量；最后使用带水回流的方法制得聚酰亚胺树脂，并将树脂沉入甲醇（或乙醇）中，得到模塑粉并洗净烘干。

本发明所述的聚酰亚胺模塑粉的制备方法，其步骤如下：

1)在机械搅拌和氮气保护下，将二胺和二酐溶解于有机溶剂中，反应体系的固含量为10～20%；

2)室温下反应2～10小时后加入封端剂，再继续反应2～10小时得到聚酰胺酸溶液；然后加入带水试剂，带水试剂的用量为有机溶剂体积的15～50%，升温到148～156℃后带水回流2～10小时；待体系中水分全部带出后将带水试剂蒸尽，再升温到160～170℃回流2～10小时，得到酰亚胺树脂；

3)将酰亚胺树脂用甲醇或乙醇洗2～8次，过滤后得到黄色粉末，将黄色粉末在90～300℃条件下真空干燥，即得到聚酰亚胺模塑粉。

采用苯胺做封端剂，制备amol、聚合度为n的模塑粉，二胺、二酐和苯胺的投料摩尔比为an：a(n+1)：2a；采用苯酐做封端剂，制备amol、聚合度为n的模塑粉，二胺、二酐和苯酐的投料摩尔比为a(n+1)：an：2a；n为10～60的整数，a>0。

其中，有机溶剂为N-甲基-1-吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基乙酰胺中的一种，带水试剂为甲苯或二甲苯中的一种。

本发明的特点

（1）采用含有醚键的二酐单体与特殊结构的二胺按照一定摩尔比例反应，并加入封端剂控制其分子量，制得新型聚酰亚胺模塑粉；