[发明专利]一种花状结构聚酰亚胺的合成方法

说明书

一种花状结构聚酰亚胺的合成方法，包括如下步骤：(1)二酐单体与醇发生酯化反应，得到芳香族四元酸二元酯；(2)二胺单体与芳香族四元酸二元酯中，得到二元酯的羧酸胺盐；(3)二元酯的羧酸胺盐通过喷雾干燥得到白色粉末状固体；(4)将白色粉末状固体加入到二元醇中，在氮气氛围下，升温并保温反应制备得到产物a；(5)将产物a经离心分离，再采用淋洗剂对固体产物进行洗涤；(6)将洗涤后的固体产物，在氮气氛围下干燥，得到花状结构聚酰亚胺。本发明方法是一种简单、高效、快捷制备花状结构聚酰亚胺的新方法和途径，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种花状结构聚酰亚胺的合成方法。

背景技术

近年来，多维结构材料的合成成为了材料合成技术领域的一个研究热点，尤其是合成过程中的形貌控制，已成为目前功能材料合成关键问题中的核心技术。花状结构由于其具有极高比表面积、独特的物理和化学特性，使得其在高、低温吸附材料、催化剂载体、生物传感器、储能等领域都具有潜在的应用价值，特别是在催化剂新材料的研究开发方面已经得到了国内外相关科技工作者的高度重视。

聚酰亚胺材料是目前已知的耐温等级最高的聚合物之一，它具有优异的耐氧化稳定性，且耐高温，碳密度高。在真空环境下对聚酰亚胺进行高温裂解，可得到高碳密度碳材料，同时可保持其原有结构不变，这是其它聚合物难以实现的。因此，以聚酰亚胺材料为前驱体来制备碳材料和石墨材料已成为研究的热点。2012年，日本科学家Shinji Watanabe等以均苯四甲酸二酐(PMDA)和乙醇反应先制备得到均苯四甲酸二乙酯，然后和脂肪族二胺中和形成尼龙盐，在乙二醇中经130℃热亚胺化制备得到15μm粒径大小的花状聚酰亚胺粉末，但其结构不均匀，所得聚酰亚胺材料的比表面积也较小。2016年，上海交通大学冯新亮团队等以4,4’-联苯醚二酐(ODPA)和联苯二胺为原料，通过溶剂热合成法，制备得到玫瑰花状结构的聚酰亚胺材料，该材料经900℃高温碳化处理后得到了超级结构的碳材料，其比表面积高达1375m²/g，以其为电极材料，经过10000次充放电循环，发现其电荷储存能力几乎无衰减，比电容仍高达200F/g，其比电容为常规碳电极材料的1～100倍左右，是一种很有潜力的电化学电容器材料。但是，该方法仅能少量制备花状结构聚酰亚胺，此外，该研究所选用的芳香二酐单体均为特殊结构的二酐单体，原料成本高昂，工业化过程中很难实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺简单、比表面积大、原料成本低的花状结构聚酰亚胺的合成方法。

为实现本发明的目的，本发明提供一种花状结构聚酰亚胺的合成方法，包括如下步骤：

(1)将二酐单体与醇发生酯化反应，得到芳香族四元酸二元酯；

(2)在搅拌条件下，将二胺单体加入到步骤(1)中制备得到的芳香族四元酸二元酯中，制备得到二元酯的羧酸胺盐；

(3)将步骤(2)中制备得到的二元酯的羧酸胺盐通过喷雾干燥得到白色粉末状固体；

(4)在搅拌条件下，将上述步骤(3)中得到白色粉末状固体缓慢地加入到高沸点的二元醇化合物中，充分溶解并过滤，在氮气氛围下，将滤液逐渐升温至150～180℃，并保温搅拌反应至少5h，然后降温至室温，制备得到产物a；氮气气氛一方面提供惰性气体保护，另一方面，靠氮气作为载气，带走反应生成的醇；

(5)将步骤(4)中得到的产物a经离心分离得到固体产物，再采用淋洗剂对固体产物进行洗涤；

(6)将步骤(5)洗涤后的固体产物，在氮气氛围下干燥，得到花状结构聚酰亚胺。

上述合成方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述酯化反应的温度为所述醇的沸点温度。

上述合成方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述醇是过量的，醇一方面作为溶剂，另一方面作为反应物参与反应。