[发明专利]基于呋喃环的芳香族聚酰胺及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于呋喃环的芳香族聚酰胺及其制备方法与应用。所述芳香族聚酰胺是由呋喃二甲酰氯与呋喃二甲基胺反应制得的。所述制备方法包括：在惰性气氛中，以呋喃二甲酰氯与呋喃二甲基胺为共聚单体，在溶剂中经酰氯法进行聚合反应，制得基于呋喃环的芳香族聚酰胺。本发明以呋喃二甲酰氯和呋喃二甲胺作为反应单体，工艺简单、条件温和、成本低、效率高，所获芳香族聚酰胺的分子量可高达194743g/mol，且耐热性能良好，可以承受约400℃的高温，能够保持高热学、力学和稳定性能；原料取材全部来源于生物基，绿色环保，可以克服传统石油基产品存在的原料短缺问题，有利于促进尼龙行业的可持续发展。

技术领域

本发明涉及一种芳香族聚酰胺材料，具体涉及到一种基于呋喃环的芳香族聚酰胺及其制备方法与应用，属于高分子材料合成技术领域。

背景技术

聚酰胺又称为尼龙，(Nylon)，英文名称Polyamide(简称PA)，该类产品用途广，是以塑代钢、铁、铜等金属的好材料，是重要的工程塑料；铸型尼龙广泛代替机械设备的耐磨部件，代替铜和合金作设备的耐磨损件。适用于制作耐磨零件，传动结构件，家用电器零件，汽车制造零件，丝杆防止机械零件，化工机械零件，化工设备。聚酰胺材料产量大、应用范围广，在国民经济中具有重要地位。

基于酰胺芳香环的高性能聚合物被称为全芳香聚酰胺或芳纶。芳纶的排列和优良性能是建立在酰胺键和刚性芳香性的基础上的。芳纶因其特殊的键强和很高的硬度而具有吸引力。与脂肪族芳烃相比，合成的芳烃聚合链具有更高的机械阻力和热软化能力。此外，芳烃具有较高的热稳定性、低蠕变和良好的荧光光学活性。因此，芳纶在工程热塑性塑料的先进领域中被发现，如运输应用、电活性材料、薄膜、防弹防弹衣、智能材料、防护服、纤维、作为石棉替代品的纳米复合材料、武装的前沿复合物、高温衬里材料、空间工程等。

由于呋喃环中氧原子的一对孤对电子在共轭轨道平面内形成大π键，使得共轭平面内共6个电子，符合4n+2结构，所以呋喃具有芳香性。呋喃作为芳香性生物基物质，可以对苯环进行替代。芳香性使得呋喃具有“易取代难加成”的性质。氧的另外一对孤对电子向外伸展。氧原子本身符合sp2杂化。由于芳环的存在，呋喃的化学行为就与其他不饱和杂环不太相似。芳环中的氧具有给电子效应，所以呋喃的亲电取代反应活性强于苯。共振论对呋喃的研究发现呋喃环上的电子云密度较大，支持了亲电反应活性的理论。

现如今我们面对着石油资源的日益枯竭，使用生物基物质原料如呋喃二甲酸等代替石油基不可再生原料具有重要的意义。

北京大学的Fan、Zhou等人发表了由二氯萘、4,4-氧代二苯胺和间苯二胺共聚的芳香族聚酰胺的简单制备和性能，合成路线非常简单且成本效益高。改性芳纶具有优异的综合性能，这些聚合物可溶于一些有机物。它们的热稳定性极佳，空气中5％的失重温度(Td，5％)高于460℃，玻璃化转变温度(Tg)高于280℃。这些聚合物很容易加工成薄膜、纤维等，并且其产品具有高强度。经测，该芳纶膜具有优异的机械强度，拉伸强度高达139MPa，拉伸模量高达3.45GPa，伸长率为11％。这些薄膜也是透明且具有荧光性的。像这样容易制备的具有良好溶解性的芳族聚酰胺具有非常可观的商业用途。但是原料均来自石油基物质，不利于绿色环保化学及可持续发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于呋喃环的全芳香聚酰胺及制备方法，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于呋喃环的全芳香聚酰胺，所述芳香族聚酰胺是由呋喃二甲酰氯与呋喃二甲基胺经聚合反应制得的。

本发明实施例还提供了一种基于呋喃环的芳香族聚酰胺的制备方法，其包括：

在惰性气氛中，以呋喃二甲酰氯与呋喃二甲基胺为共聚单体，在溶剂中经酰氯法进行聚合反应，制得基于呋喃环的芳香族聚酰胺。

在一些实施例中，所述呋喃二甲酰氯与呋喃二甲基胺的摩尔比为0.5～2:1。