[发明专利]含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一类在分子结构主链上含有酰亚胺环的芳杂环聚合物，具有耐高低温、耐辐射、化学稳定性优异、介电性能和力学性能优良的综合特性，近四十年来在许多高科技领域得到了广泛应用，如航空航天、微电子、光电子及汽车工业等。然而由于分子链的刚性和分子间的强相互作用，使得普通的聚酰亚胺材料呈现出既不熔融也不溶解、加工性能差等缺点，从而进一步限制了它们的广泛应用。另外，由于聚酰亚胺分子结构的高度共轭性和电荷转移络合物作用 (CTC)，材料通常呈现不同程度的颜色，在可见光范围内透明性较差，使得它们在光学领域的应用同样受到很大的限制。为了解决上述缺点，制备出溶解性能好、光学透明性高及热稳定性良好等综合性能优异的聚酰亚胺材料，科研工作者在这方面进行了大量的研究。

近年来含氟可溶性聚醚酰亚胺相关研究成果有诸多报道， CN102898644、CN1434024、CN101246222等专利相继报道了含氟可溶性聚酰亚胺的研究，然后这类材料由于分子主链中引入了较多的柔性醚键，常使这类材料的耐高温性能较标准聚酰亚胺有很大的降低, 其玻璃化温度大多在 260 ℃以下，在现代微电子和光电子行业中，要求聚酰亚胺薄膜至少能承受 260 ℃以上的热加工温度，因而在一定程度上限制了它们的应用。采用合成具有大空间位阻及非共平面结构可溶性聚酰亚胺材料，也是近年来研究的热点，通过破坏主链的刚直链结构和分子间的相互作用力，破坏聚酰亚胺分子结构电荷转移络合物（CTC）的形成，极大的改善了聚酰亚胺的溶解性能和光学透明性能。此方法合成简单、价格廉价、材料综合性能优异等优点，是目前普遍采用合成可溶性聚酰亚胺的方法之一。例如虞鑫海等人发明了一种烷基取代芳香族二元胺的制备方法（CN1919829）；黃卫等人研究了含特丁基可溶性聚酰亚胺材料及其制备方法（CN1316449）；张艺等人报道了一种含咔唑结构的可溶性功能聚酰亚胺及其制备方法和应用（CN102757560）。此类材料具有良好的热性能、优异的溶解性能、高的光学透明性、低介电常数及低吸湿率等综合性能，在航空航天、微电子及光电子等领域得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺及其制备方法。

本发明的思路：在氮气保护下，以含叔丁基及非共平面结构的芳香二胺单体和芳香二酐单体为原料，通过高温溶液缩聚反应制备出综合性能优异的含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺，其中含叔丁基及非共平面结构的芳香二胺单体的制备方法记载在发明人前一个专利申请中（申请号：2013104485149）

本发明的含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺的结构通式为：

。

其中Ar为下列11种芳香结构中的一种：

。

上述含叔丁基及非共平面结构可溶性聚酰亚胺的制备方法为：

(1)在氮气保护下，将等摩尔含叔丁基及非共平面结构芳香二胺单体和芳香二酐单体于室温下搅拌溶于有机溶剂中，使其总固含量质量百分数为5~15%，加入催化剂异喹啉，在100~120℃反应6~12小时，升温至180~220℃继续反应12~20小时，制得棕黄色粘稠溶液。

(2)将步骤(1)制得的棕黄色粘稠溶液冷却至室温后用氯仿稀释，再用沉淀剂进行沉淀，然后依次经过过滤、干燥、用DMF即N,N'-二甲基甲酰胺再溶解、再沉淀、再过滤和再干燥，最后制得纤维状聚酰亚胺。

所述含叔丁基及非共平面结构芳香二胺为3,3ˊ-二叔丁基-4,4ˊ-二氨基苯基-4〞-叔丁基甲苯，其结构式为：

。

所述芳香二酐为3,3ˊ,4,4ˊ-均苯四甲酸二酐、3,3ˊ,4,4ˊ-联苯四甲酸二酐、3,3ˊ,4,4ˊ-二苯醚四甲酸二酐、3,3ˊ,4,4ˊ-二苯酮四甲酸二酐、3,3ˊ,4,4ˊ-二苯硫醚四甲酸二酐、3,3ˊ,4,4ˊ-二苯砜四甲酸二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]六氟丙烷二酐、1,4-双(3,4-二羧基苯氧基)-2,3ˊ-二叔丁基苯二酐、3,3ˊ-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯醚二酐和1,6-双(3,4-二羧基苯氧基)-萘二酐中的一种。

所述有机溶剂为间甲酚或对氯苯酚。

所述催化剂的用量为总投料质量的0.5~2.5%。

所述沉淀剂为甲醇或乙醇。

本发明具有以下优点：