[发明专利]一种交联型聚芳醚腈耐高温介电薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种交联型聚芳醚腈的合成方法及其耐高温介电薄膜的制备方法，属于特种高分子材料领域。此类聚芳醚腈主要分子结构设计出发，通过将侧链含氨基的对苯二酚作为反应单体之一，合成羟基封端的聚芳醚腈，然后在分子主链末端引入邻苯二甲腈合成可交联型聚芳醚腈。采用流延成膜和低温自交联策略可得到交联型聚芳醚腈薄膜。所得到的薄膜具有优异的热性能、力学性能和介电性能，可作为耐高温介电薄膜使用。本发明的制备方法简单且易于工业化操作，可扩宽聚芳醚腈的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种交联型聚芳醚腈的合成方法及其耐高温介电薄膜的制备方法，属于特种高分子材料领域。该交联型聚芳醚腈可作为耐高温介电薄膜使用。

背景技术

聚芳醚腈(PEN)，是一类侧链含有氰基的聚芳醚类聚合物。作为特种热塑性树脂，因其具有耐高温、耐化学腐蚀、高强度高模量、易成型加工等优点受到了人们的广泛关注。聚芳醚腈和聚芳醚酮、聚芳醚砜等对比，由于分子侧链氰基功能基团的引入，使其具有优异耐热性和机械性能的同时具有更优异的加工性能，更重要的是，侧链氰基可作为潜在的交联基团进一步提高其耐热性能、机械性能等。传统的聚芳醚腈因其玻璃化转变温度(T_g)不是足够高，在玻璃化转变温度以上应用时模量明显下降，因此导致其实际使用温度较低。

邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈可以利用封端的氰基和侧链氰基的交联反应，有效的结合热塑性树脂和热固性树脂的优点，即利用热塑性树脂的易加工成型制备出产品。通过交联反应，进一步提高其耐热性能、阻燃性能和机械性能等。封端基团邻苯二甲腈的引入，大大增加了可交联点的数量，为扩大聚芳醚腈在耐高温方面的应用提供了保障。

邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈的交联主要可以通过以下三种方法：一是以过渡金属和过渡金属盐作为催化剂，但此类催化剂的分散性不佳，很可能造成固化不完全，且残余的金属盐对产品的性能也存在一定的影响；第二种是以有机胺等含有极性基团的有机物为催化剂，但小分子固化剂的引入在一定程度上会降低树脂的性能。第三种是高温长时间的热处理，但此条件过于苛刻。

因此，本发明主要是将具有活泼氢的氨基引入邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈链中，利用氨基的催化作用实现低温交联，得到耐热性能和机械性能良好的聚芳醚腈薄膜，其可作为耐高温介电薄膜使用。同时此类聚合物也可以作为基体，由于聚合物侧链上氨基基团的存在，可大大增强了填料在基体中的分散性，再利用低温自催化交联策略可以进一步扩宽聚芳醚腈的应用领域，使其可作为耐高温结构材料、阻燃材料应用于航空、航天等领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有聚芳醚腈的耐热极限，提出一种低温自催化交联策略，进一步提高聚芳醚腈耐热性能的方法，同时可以实现此材料在耐高温介电领域的应用。具体主要从分子结构设计出发，通过将侧链含氨基的对苯二酚作为反应单体之一，合成羟基封端的聚芳醚腈，然后在分子主链末端封端邻苯二甲腈(结构式如图1所示)。通过封端的邻苯二甲腈低温交联的反应特性，得到交联型聚芳醚腈耐高温薄膜，其具有优异的介电性能。

一种交联型聚芳醚腈薄膜的制备方法，其特征在于：该交联型聚芳醚腈含有活性氨基的侧基且以邻苯二甲腈封端，通过侧链氨基自催化的方法交联形成耐高温的酞菁环、三嗪环等结构，交联的聚芳醚腈薄膜做作为耐高温介电薄膜使用。

所述侧链含氨基的对苯二酚的结构如下式所示：

所述的侧链含氨基的邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈合成方法如下：

(1)将一定量的碳酸钾、二元酚、4-氨基苯基对苯二酚加入反应瓶中，以极性溶剂(如N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、环丁砜、N,N-二甲基甲酰胺等)为溶剂，甲苯为带水剂，其中总的二元酚和碳酸钾的摩尔比例为1：(1.2～1.5)，溶剂与甲苯的体积比为(1～2)：1

(2)在120-130℃加热反应回流2h，然后移除反应生成的水，控制反应温度在130-140℃之间；