[发明专利]一种含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺及制备方法

说明书

本发明提供一种含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺及其制备方法，具有式I所示结构；本发明通过含有六氮杂苯并菲结构的三酐单体来合成聚酰亚胺，制备得到的聚酰亚胺在非质子极性溶剂中的溶解度可达到90％以上，具有优异的成膜性，进而通过浇铸涂膜制得含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺膜材料；本发明通过在聚酰亚胺膜材料中引入六氮杂苯并菲结构，这种刚性且平面的氮杂芳香族骨架在目前的聚酰亚胺结构中属于首次采用；这种骨架结构可以提高聚酰亚胺膜材料的气体分离性能；另外在聚酰亚胺单体中添加少量六氮杂苯并菲三元酐可以降低聚酰亚胺膜材料的热膨胀系数。本发明的制备工艺简单，易于工业化放大生产。

技术领域

本发明属于芳香型聚合物及其合成技术领域，具体涉及一种含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺及制备方法。

背景技术

芳香族聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物，由于具有耐高温、高尺寸稳定性等许多优异性能使其在众多领域中广泛应用。聚酰亚胺的合成一般是由二胺与二酐反应得到，合成的芳香族聚酰亚胺一般具有难溶难熔的特点，加工工艺困难，在实际加工应用中难以成型。现有技术中对聚酰亚胺的改性一般从二胺与二酐的分子结构上入手，通过引入大体积的取代基，不对称或刚性但非平面的部分，氟原子的掺入，以及脂环二酐或二胺的使用等，来合成新型的聚酰亚胺应用到各个领域。

发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明通过含有六氮杂苯并菲结构的三酐单体来合成聚酰亚胺，制备得到的聚酰亚胺在非质子极性溶剂中的溶解度可达到90％以上，具有优异的成膜性，进而可以通过浇铸涂膜制得含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺膜材料；本发明通过在聚酰亚胺膜材料中引入六氮杂苯并菲结构，这种刚性且平面的氮杂芳香族骨架在目前的聚酰亚胺结构中属于首次采用；这种骨架结构可以提高聚酰亚胺膜材料的气体分离性能；另外在聚酰亚胺单体中添加少量六氮杂苯并菲三元酐可以降低聚酰亚胺膜材料的热膨胀系数。本发明的制备工艺简单，易于工业化放大生产。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺，采用如下的技术方案：

一种含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺，具有式I所示的结构式：

式I；其中，n为大于等于1的自然数，m为大于等于1的自然数；

R₁为中的一种；

R₂为中的一种或多种。

在上述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺中，作为一种优选实施方式，所述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺的重均分子量为2.88×10⁴～1.66×10⁷(比如3.2×10⁴、6.5×10⁴、8.6×10⁴、1.2×10⁵、5.0×10⁵)；优选地，所述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺的数均分子量为2.61×10⁴～1.18×10⁷(比如3.5×10⁴、6.8×10⁴、9.2×10⁴、1.6×10⁵、4.5×10⁵)；优选地，所述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺在三氯甲烷中溶解度为90％以上(25℃)。

在上述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺中，作为一种优选实施方式，所述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺的制备方法为：将含有六氮杂苯并菲结构的三酐单体、二酐单体以及二胺单体加入到有机溶剂中，再加入催化剂和脱水剂，然后再在一定反应条件下经溶液缩聚法制备得到含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺。

在上述含六氮杂苯并菲结构的聚酰亚胺中，作为一种优选实施方式，所述含有六氮杂苯并菲结构的三酐单体为1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并三酐，结构式为: