[发明专利]聚酰胺-酰亚胺聚合物及其制造方法

说明书

本发明涉及一种聚酰胺‑酰亚胺(PAI)聚合物，其包含根据式(I)和(II)中的任一个的重复单元，其中：Z是选自由以下组成的组的脂环族部分：具有5至50个碳原子、优选6至18个碳原子的取代或未取代的单环或多环基团；R是选自由以下组成的组的二价脂环族部分：具有5至50个碳原子、优选6至20个碳原子的取代或未取代的单环或多环基团；m和n彼此独立地是从0至10的整数。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年9月9日提交的美国临时专利申请号62/897,476的优先权，将该申请的全部内容通过援引方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种聚酰胺-酰亚胺(PAI)聚合物及其制造方法。

背景技术

聚酰胺-酰亚胺(PAI)是具有出色的热、化学和机械特性的高性能聚合物并且因此适于要求高机械强度、刚度和低摩擦以及耐高温、耐腐蚀和耐磨损的要求高的应用。出于这些原因，它们被广泛用于航空航天和汽车工业、绝缘材料、涂层、耐溶剂膜和电子装置中。

PAI是在骨架中含有酰胺和酰亚胺官能团二者的聚合物。因此，PAI聚合物倾向于展现出聚酰胺和聚酰亚胺的混合特性。酰亚胺基团的增加的硬度赋予聚合物更好的水解、化学和热稳定性以及优越的机械特性，尤其是对基于芳香族单体的聚合物。大多数商业PAI聚合物实际上是芳香族的，典型地基于偏苯三甲酸、偏苯三甲酸酐或偏苯三甲酸卤化物、和芳香族二胺。

在PAI制备过程期间，由两个相邻的羧酸基团(或其衍生物，如酰卤、酸酐、酯)与含伯胺的分子之间的反应形成酰亚胺。最初形成酰胺酸，其在进一步去除水分子后闭合成酰亚胺环。

酰亚胺化反应通常需要高温，尤其是对于基于芳香族单体的PAI聚合物。然而，使用高温导致交联副反应，这些反应导致具有有限的可加工性的PAI聚合物或者甚至类似热固性结构。虽然所述PAI聚合物是化学稳定的，但是由于它们在熔融加工期间的低流动性、它们在常规加工方法中的热难处理性(intractability)(即它们熔融加工的能力低)以及它们的低溶解性，对于某些应用，它们的使用受到限制。

已经进行了若干尝试在维持所述PAI聚合物的良好的热和机械性能的同时改善这些特性，尤其是通过接枝聚合物、将它们与其他类型的聚合物共混以及与添加剂和无机纤维形成复合材料。

改善所述PAI聚合物的溶解性和可加工性的其他尝试包括将柔性键和脂环族单元结合到它们的聚合链中。例如，Journal of Polymer Science,Part A:Polymer Chemistry[聚合物科学杂志,A辑:聚合物化学]2018,56,1782-1786披露了基于CTA和双-(三氟甲基)联苯胺的聚酰胺-酰亚胺。虽然所述聚酰胺-酰亚胺在若干溶剂中都示出改善的溶解性，但是它具有高于300℃的玻璃化转变温度(Tg)，这使得所述聚合物难以熔融加工。

US 2011/160407披露了PAI聚合物，其是通过使至少一种具有羧基的芳香族有机化合物、至少一种二胺化合物和任选地至少一种二酸化合物反应获得的。该二胺化合物可以是芳香族、芳基脂肪族、脂肪族和脂环族的。该文献更精确地描述了基于六亚甲基二胺(HMD)作为二胺化合物并且偏苯三甲酸、均苯四酸或偏苯三甲酸酐作为芳香族有机化合物的PAI聚合物。然而，由于是芳香族的，所述PAI的酰亚胺键赋予聚合物颜色(黄色到橙色到红色)。

以上列出的文献都没有描述基于脂环族酸组分(例如脂环族三羧酸)和脂环族二胺的PAI聚合物。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种聚酰胺-酰亚胺(PAI)聚合物，其包含根据式(I)和(II)中的任一个的重复单元：

其中：

-Z是选自由以下组成的组的脂环族部分：具有5至50个碳原子、优选6至18个碳原子的取代或未取代的单环或多环基团；