[发明专利]一种含芴或芴酮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

本发明公开的是一种含芴或芴酮结构的聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明通过采用具有高平面性含芴或芴酮结构的芳香二胺、各种四酸二酐和层状纳米粒子为原料，反应得到聚酰胺酸纳米复合胶液，然后进行酰亚胺化得到聚酰亚胺纳米复合材料。由于所选取的含有芴或芴酮结构的芳香二胺具有较好平面性和刚性，因此所制备的聚酰亚胺具有较小的自由体积，再结合层状纳米粒子的延长渗透路径效应，能够使该聚酰亚胺纳米复合材料具有优异的阻隔性能、热稳定性和优异的综合性能。本发明的制备工艺简单、多样，因而适于工业生产；本发明所公开的含芴或芴酮结构的聚酰亚胺纳米复合材料可应用于高性能包装与防护以及电子器件封装等高新技术产业领域。

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一种含芴或芴酮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

随着科技的不断发展，由柔性聚合物作为衬底和封装层的柔性电子器件应运而生，最具代表性的柔性电子器件为有机电致发光器件(OLED)和有机太阳能电池(OPV)，然而限制它们迅速发展的主要原因之一是柔性聚合物材料的性能无法满足其正常使用及较长使用寿命，主要表现在耐热性不足、热尺寸稳定性较差，更为重要的是其阻隔性能不能满足柔性有机电子器件的苛刻要求。纳米粒子由于具有的表面积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道等效应，能够影响聚合物链段运动、分子链之间相互作用和相结构，使聚合物纳米复合材料具有许多特殊的优异性能，如优异的力学性能、耐热性和尺寸稳定性等，尤其是层状纳米粒子可在二维方向上限制各种气体的渗透，从而显著地提高复合材料的阻隔性能。因此，制备聚合物纳米复合材料作为柔性衬底或封装层成为解决OLED和OPV等电子器件发展的关键技术之一，众多研究人员在这一领域取得了显著的成果(如专利CN103692743A、CN103897244A、CN104494249A)。

在众多聚合物基体中，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。并且，根据相关的文献报道，当聚合物链段平面性较高时，其堆砌密度越大，自由体积越小，阻隔性能越好。前期我们合成了若干含芴或芴酮结构的二胺单体具有较高的平面性，利用这些新型的二胺单体与商业化的二酐聚合所得到的聚酰亚胺具有比普通聚酰亚胺更为优异的阻隔性能。本设计将具有层状结构的纳米粒子(如石墨烯、蒙脱土、云母片和水滑石等)与含芴或芴酮结构的二胺和各种商业化的四酸二酐混合制备聚酰亚胺纳米复合材料，结合含平面结构聚酰亚胺本征型的高阻隔性和层状纳米粒子的延长渗透路径效应，从而获得一类阻隔性能出众，耐热性优异，热尺寸稳定性较好且综合性能极佳的聚酰亚胺纳米复合材料。然而，目前对于层状纳米粒子增强含芴或芴酮等高平面性结构的聚酰亚胺纳米复合材料研究较少，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芴或芴酮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：

一种含芴或芴酮结构的聚酰亚胺纳米复合材料，其特征在于：采用具有高平面性含芴或芴酮结构的芳香二胺、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，Z为或Ar₁选自下列结构式中的任何一种：

其中，Ar₂、Ar₃、Ar₄选自下列结构式中的任何一种：