[发明专利]一种没食子酸生物基聚酰亚胺及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种没食子酸生物基聚酰亚胺及其制备与应用。该没食子酸生物基聚酰亚胺化学结构式如式(I)所示。本发明制备的聚酰亚胺主链含氮、硫杂原子，改性空间大、可加工性强；且其热稳定性、机械强度与现有生物基聚酰亚胺接近，制成的聚酰亚胺薄膜对450nm可见光透过率可达92％，远优于传统聚酰亚胺，可应用于柔性显示器件、工业绝缘环保封装、分离膜器件等。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种没食子酸生物基聚酰亚胺及其制备与应用。

背景技术

目前，高分子材料已被运用于各行各业。其中，聚酰亚胺(PI)因具备良好的耐热性、韧性、导电性、渗透性，被广泛应用于高温塑料、粘合剂、电解质、分离膜、光刻胶材料等。PI通常是由二元胺、二元酐经缩聚制备。一方面，由于PI材料的分子链间或分子链内的电荷转移络合物(CTC)作用大，导致材料的透明性较差，限制了PI在电子显示领域的应用。另一方面，二元胺单体多为芳香族胺化合物，存在致癌风险。更重要的是芳香二胺、二酐多数来源于不可再生的石油基原料，基于可持续发展的理念，开发可供替代的生物基聚酰亚胺材料刻不容缓。

早期生物基聚酰亚胺材料的制备以富马酸、异甘露醇、腺嘌呤、木质素衍生物(Polymer Degradation and Stability,2012,8,1534-1544.Polymer,2015,74:38-45.Polymer,2017,119:59-65.Journal of Applied Polymer Science,2019,136(3)；46953.Polymer Chemistry,2020,11:6009-6016.)等为主，但上述原料如富马酸、异甘露醇其分子结构中含有大量的脂肪族基团，其中由富马酸制得的产品耐热性和机械性能普遍相较于传统聚酰亚胺材料大幅降低；由腺嘌呤和木质素衍生物制得的产品玻璃化温度、拉伸强度分别高达364℃、382℃、144MPa、112Mpa，这是由其制备的聚酰亚胺主链所含的共轭基团所致。近日，Anh Thi MinhMai等人利用4-氨基肉桂酸(Polymer Degradation andStability,2021,184:109472.)设计得到一种半芳香生物衍生聚酰亚胺材料，但该材料的拉伸强度最高仅为60MPa。上述两项研究所制备的聚酰亚胺的可见光透明性与普通聚酰亚胺相比并无明显优势。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种没食子酸生物基聚酰亚胺，以克服现有技术中生物基聚酰亚胺材料单体价格高昂、产物热稳定性、机械性能及透光性较差的问题。

本发明的另一目的在于提供上述聚酰亚胺的制备方法。本发明以可从植物中提取的没食子酸为原料，通过改性一步缩聚制备高分子量的聚酰亚胺，得到的产物主链含氮、硫等杂原子，改性空间大、可加工性强；且其热稳定性、机械强度与现有生物基聚酰亚胺接近，但可见光透过性远优于传统聚酰亚胺。

本发明的再一目的在于提供上述聚酰亚胺的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种没食子酸生物基聚酰亚胺，具有下式(I)所示结构：

其中R为H、CH₃或CF₃中的一种，n＝10～250，优选n＝25～35。

一种没食子酸生物基聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：将含有没食子酸结构的二胺单体和含有没食子酸结构的二酐单体加入到间甲酚、甲苯及催化剂中进行缩聚反应；所述缩聚反应是在氮气或惰性气体保护下进行，反应温度为150～220℃，反应时间为8～36h，优选为170～190℃反应8～10h；

所述含有没食子酸结构的二酐单体的结构式为：

所述含有没食子酸结构的二胺单体的结构式为：