[发明专利]含氰基结构的芳香二胺单体及其制备方法、聚酰亚胺、聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含氰基结构的芳香二胺单体及其制备方法、聚酰亚胺、聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用，属于聚酰亚胺材料领域。本发明通过在芳香二胺上引入氰基，从而引入到聚合物主链，氰基具有的相对较大的偶极矩使其易于形成氢键或分子间作用力，从而能够使聚合物极性增大，显著提升主链间的分子间作用力，提高了由其制备的聚酰亚胺材料的介电常数，并具备良好的热稳定性及机械性能，通过调整所述芳香二胺单体苯环上氰基的位点，打破由其制备的聚酰亚胺的链的规整性并形成非共平面结构，显著提高了由其制备的聚酰亚胺加工性能，利用所述芳香二胺单体，可制备得到10²Hz频率时介电常数最高为5.5、玻璃化转变温度达到400℃的聚酰亚胺薄膜。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺材料领域，尤其涉及含氰基结构的芳香二胺单体及其制备方法、聚酰亚胺、聚酰亚胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide,PI)是分子链中含有酰亚胺环的一类高性能聚合物材料，具有优异的机械性能，合理的击穿强度，可作为膜材料和高性能纤维应用在现代高科技。聚酰亚胺一般由二胺和二酐单体通过一步法或两步法制备而成，由于单体种类的多样性，因此可以通过选择不同结构的单体组合来调节聚酰亚胺分子结构与性能之间的关系。而通过合成新型结构的二胺单体成为制备良好功能性聚酰亚胺的首要方法之一。

聚合物分子结构决定其性能，由于聚酰亚胺分子主链的刚性和结晶性,通常都存在难熔融、难溶解，加工困难等问题。现有技术中通过设计制备了含有大取代侧基或含氟结构的新型二胺单体，以改善聚酰亚胺的介电性能。但所述含有大取代侧基或含氟结构的新型二胺单体的合成路线复杂，同时产生的技术问题是降低由其制备的聚酰亚胺的介电常数，并且以其为原料制备的聚酰亚胺的热稳定性及机械性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氰基结构的芳香二胺单体及其制备方法和应用，本发明提供的含氰基结构的芳香二胺单体，显著提高了由其制备的聚酰亚胺介电性能，同时可由其制备具备良好的热稳定性及机械性能的聚酰亚胺材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含氰基结构的芳香二胺单体，具有如式Ⅳ所示的化学结构：

所述式Ⅳ中的R₁、R₂独立地为氰基。

本发明还提供了上述技术方案所述含氰基结构的芳香二胺单体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将具有式I所示结构的化合物和具有式Ⅱ所示结构的化合物、碱性化合物和极性溶剂混合，亲核取代反应得到具有式Ⅲ所示结构的中间体；

所述式I、Ⅱ和Ⅲ中的R₁、R₂独立地为氰基；

(2)将所述步骤(1)得到的具有式Ⅲ所示结构的中间体进行还原反应，得到具有式Ⅳ所示结构的含氰基结构的芳香二胺单体；

所述式Ⅳ中的R₁、R₂独立地为氰基。

优选地，所述步骤(1)中的具有式I所示结构的化合物、具有式Ⅱ所示结构的化合物和碱性化合物的物质的量之比为1：(1～2.5)：(1～1.5)。

优选地，所述步骤(1)中的亲核取代反应的温度为120～180℃，亲核取代反应的时间为20～36h。

优选地，所述步骤(2)中的还原反应的温度为40～60℃，还原反应的时间为8～10h。

本发明还提供了一种含氰基结构的聚酰亚胺，具有如式Ⅴ所示的化学结构：