[发明专利]一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料及其制备方法与应用，所述具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料包括改性聚酰亚胺聚合物、抗氧化剂和含氟聚合物，按其质量总含量为100%计，所述具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料中改性聚酰亚胺聚合物的质量分数为75‑85％，抗氧化剂的质量分数为5‑8％，余量为含氟聚合物。其制备方法为将改性聚酰亚胺聚合物、抗氧化剂和含氟聚合物混合，在200‑300℃下熔融共混，使用双螺杆挤出机挤出造粒，即得具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料。该聚酰亚胺材料具有良好的溶解性和气体分离性。

技术领域

本发明涉及气体分离膜材料制备技术领域，尤其涉及一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚酰亚胺是主链上含有酰亚胺的一类高分子聚合物，最早是于1908年由Bogert和Renshaw首次生产。1955年，美国杜邦公司使用均苯四甲酸二酐与二胺反应，制得一种高分子量聚酰亚胺，由于其具有出色的热稳定性和力学性能，且耐溶剂性好，吸引了大量研究者的关注。从那时起，聚酰亚胺快速发展，聚酰亚胺纤维、薄膜、树脂、粘合剂等产品被相继推出，广泛应用于气体分离、微电子、光伏、航天航空、汽车、太阳能电池等多个领域。

聚酰亚胺分子主链上含有大量酰亚胺环和芳香环，且在环与环之间具有强烈的共扼效应，分子链具有很强的刚性，分子间作用力强，使得聚酰亚胺具有诸多优异的性能，如良好的热性能、机械性能、尺寸稳定性、可调控的光学性能等，但聚酰亚胺主链的刚性结构以及分子链间的强烈相互作用也带来一定的缺点，使其既难溶解也难熔融，导致成型加工困难，应用受到很大限制。因此，改善聚酰亚胺的溶解性，是一个重要的研究方向，目前报道的改善聚酰亚胺溶解性的方法主要为在聚酰亚胺骨架结构中引入柔性基团、非共平面结构以及超支化结构等，但其溶解性能还有待进一步提升，同时，聚酰亚胺的分子结构决定了其气体分离性，有研究者在聚酰亚胺中柔性基团改善溶解性，但却使气体分离性减弱，有一定的不足。

因此，为了较好地满足在气体分离膜中的应用需要，有必要提供一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料。

为达此目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料，所述具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料包括改性聚酰亚胺聚合物、抗氧化剂和含氟聚合物。

在本发明的一些实施方案中，按所述具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料的质量总含量为100％计，所述具有高可溶性、高气体分离性的聚酰亚胺材料中改性聚酰亚胺聚合物的质量分数为75-85％，抗氧化剂的质量分数为5-8％，余量为含氟聚合物。

在本发明的一些实施方案中，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010或抗氧化剂168。

在本发明的一些实施方案中，所述含氟聚合物为聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯。

在本发明的一些实施方案中，所述改性聚酰亚胺聚合物具有如下式I所示结构：

其中，x为1-3的整数，y为1-6的整数，*为重复片段的连接位点。

进一步地，所述式I所示的改性聚酰亚胺聚合物的制备方法包括以下步骤：

(1)将2,4-二硝基溴苯、4-肉桂苯酚和无水碳酸钾加入到溶剂中混合，在氮气保护下，加热至110-120℃反应2-3h，继续升温至135-145℃反应6-8h，冷却至室温，经过滤、旋蒸后分离提纯，得如式I-1所示的中间产物：