[发明专利]一种含萘结构的聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一种含萘结构的聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法和应用。

技术背景

具有优异阻隔性能的柔性聚合物薄膜在包装与防护以及电子器件封装等领域是十分重要的，尤其是在柔性有机电子器件领域，如有机电致发光器件(OLED)和聚合物太阳能电池(PSCs)。这是由于OLED和PSCs的性能、效率和使用寿命很大程度上取决于柔性聚合物薄膜即封装材料的性能。为保证器件的正常使用，通常要求封装材料具有极佳的阻隔性能、优异的耐热性以及尺寸稳定性等。聚酰亚胺(PI)由于具有其它柔性聚合物材料所无法比拟优异性能，如突出的耐高温和低温性能；力学性能好、机械强度高；抗蠕变能力强，摩擦性能优良；独特的光电性能、优异的绝缘性能；化学稳定性好、耐有机溶剂、耐辐射性、阻隔性能优良等，成为柔性聚合物封装薄膜的最佳选择之一。但其阻隔性能还不能满足柔性有机电子器件的封装要求，这使得提高聚酰亚胺的阻隔性能成为柔性有机电子器件等产业发展的一大挑战。

根据相关的文献报道，当聚合物分子链上具有平面性较好的基团时，其分子链堆砌更为紧密，从而能够获得更小的自由体积，以达到限制小分子的渗透，提高阻隔性能的目的。前期我们合成了若干含萘结构的高平面性二胺单体，利用这些新型的二胺单体与商业化的二酐聚合得到了具有优异阻隔性能的聚酰亚胺。另外，目前研究人员主要是通过在聚酰亚胺中引入层状纳米粒子，延长气体分子在聚酰亚胺中的渗透路径来提高阻隔性能，并取得了显著成果(如专利CN104494249A、CN104817710A)。基于前面两点，若在具有高平面性结构单元的聚酰亚胺中引入层状纳米粒子制备纳米复合材料，高平面性的分子链段与层状纳米粒子之间可能会发生取向，使它们之间的堆砌可能更为紧密，从而获得更为优异的阻隔性能。本技术通过在聚酰亚胺中引入具有平面性的萘环，提高分子链刚性和分子链堆砌效率，减小自由体积；并通过引入石墨烯、蒙脱土、云母片和水滑石等层状纳米粒子制备聚酰亚胺纳米复合材料，延长气体分子在基体中的渗透路径，从而获得一类综合性能优异、阻隔性能出众的高性能聚酰亚胺纳米复合材料。然而，目前对于具有高平面性结构的高阻隔聚酰亚胺及其纳米复合材料的研究还是较少，因此，有必要开展此类聚酰亚胺纳米复合材料的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种含萘结构的聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法和应用。

本发明的技术方案如下：

一种含萘结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法，其特征在于：采用具有高平面性含萘结构的芳香二胺、各种四酸二酐和层状纳米粒子为原料，二胺与二酐按摩尔比为1:(0.9～1.1)，层状纳米粒子的质量为二胺和二酐总质量的0.05～30％。

本发明的另外技术特征是：

专利中二胺的分子结构通式为：

其中Ar₁选自下列结构式中的任何一种：

其中Ar₂选自下列结构式中的任何一种：

其中，Ar₃选自下列结构式中的任何一种：

其中，Ar₄选自下列结构式中的任何一种：

其中，Ar₅选自下列结构式中的任何一种：

专利中二酐的分子结构式如下所示：

专利中层状纳米粒子可以为蒙脱土、石墨烯、云母片或水滑石，以及具有层状结构的氮化硼、黑磷、氧化铁、二氧化锰、三氧化钼、三氧化钨、五氧化二钒、二硫化钼、二硫化钨、二硫化钛、二硫化钒、硒化镓、二硒化钨、二硒化钛、硒化铋、二碘化铅、溴化镁、二氯化钼、氯化铬、四氯化铅、三氯化钌中的一种或多种混合物；

专利中强极性非质子有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基砜、环丁砜、1,4-二氧六环、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、间甲酚、四氢呋喃中的一种或一种以上的混合物；