[发明专利]一种含吡啶基团聚酰亚胺及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料技术领域，特别涉及一种含吡啶基团聚酰亚胺及其制备方法与应用。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。上世纪60年代，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。正因为如此多的优点，聚酰亚胺具有极广泛的应用领域，包括薄膜、涂料、PI纤维、复合材料树脂基体、胶黏剂、泡沫塑料、分离膜和光刻胶等。

芳香型聚酰亚胺以芳香环为分子主链使得其表现出优异综合性能。然而，芳香型聚酰亚胺材料在表现其良好性能的同时，也暴露出它的不足之处。主要的缺点就是其玻璃化转变温度高使得其在普通加工温度下难以熔融，并且难溶于大多数有机溶剂，加工成型性差。为使得聚酰亚胺的加工成型更为便捷，科研工作者做出了大量努力，例如在聚酰亚胺骨架结构中引入柔性基团(醚键等)，大体积侧基和氟取代基等都已被证明为行之有效的改性方法，但是这些结构的引入也会对聚酰亚胺的耐热性能、耐化学性能和机械性能等造成不利影响。

吡啶是一个刚性的芳杂环分子，它具有芳香性、对称性、碱性和极性。正是由于吡啶环是一个对称性的刚性环，具有较好的稳定性，从而，吡啶环引入聚酰亚胺主链可以增强其热稳定性，在一定程度上可以补偿由于柔性键引入而造成的热性能和化学性能方面的损失。另外，吡啶环与苯环相比具有更大的极性，从而使得引入聚合物主链中后会降低聚合物的可极化率，获得介电常数较低的聚合物。结果表明，主链含吡啶环聚酰亚胺不仅具有优异的热稳定性、化学稳定性还具有良好的溶解性能和成膜加工性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含吡啶基团聚酰亚胺。

本发明另一目的在于提供一种上述含吡啶基团聚酰亚胺的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述含吡啶基团聚酰亚胺在航空、航天、电工和微电子等领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种含吡啶基团聚酰亚胺，其结构式如下式一所示：

n为大于0的正整数。

本发明还提供一种上述含吡啶基团聚酰亚胺的制备方法，由2,2'-双[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯]醚与芳香族四羧酸二酐反应得到聚酰胺酸，再通过加热成环法得到含吡啶基团聚酰亚胺。

所述的2,2'-双[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯]醚的结构式如下式二所示：

所述的2,2'-双[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯]醚由4,4'-二羟基二苯醚和2-氯-5-硝基吡啶反应得到2,2'-双[4-(5-硝基-2-吡啶氧基)苯]醚；再与水合肼催化反应得到。

所述的芳香族四酸二酐单体可为但不限于3,3'4,4'-联苯醚二酐、3,3'4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3'4,4'-联苯四甲酸二酐、六氟二酐等。

所用2,2'-双[4-(5-氨基-2-吡啶氧基)苯]醚与芳香族四羧酸二酐的摩尔比为1:0.5～1:1.5，更优选为1:1。

所述反应的时间优选为12～48h，更优选为24h。

所述反应优选在极性溶剂中进行，所述的极性溶剂可为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。

所述反应优选在无水无氧惰性气体保护条件下进行。

所述反应在室温下进行即可。

可通过调节使用的极性溶剂的量获得固含量为15～18％的聚酰胺酸。

所述加热成环法的工艺为80～300℃加热2～10h；优选为程序升温：75～85℃/1～2h，95～105℃/1～2h，145～155℃/1～2h，195～205℃/1～2h，245～255℃/0.5～1h，295～305℃/0.5～1h；更优选为程序升温：80℃/1h，100℃/1h，150℃/1h，200℃/1h，250℃/0.5h，300℃/0.5h。

本发明的合成路线如下所示：

n为大于0的正整数。