[发明专利]一种非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺及其制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺及其制备方法、应用。所述非共平面聚酰亚胺的结构通式为：其中，n为正整数，n的取值范围为300～600。非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺的主链的三氟甲基大侧基和非共平面大位阻苯并咔唑结构，使得本发明的聚酰亚胺具有良好的溶解性和高的渗透性，成膜性优良，蓝光发光特性，加工成型容易，制备工艺简单，易于产业化，便于推广应用。

技术领域

本申请涉及一种非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺及其制备方法、应用，属于聚酰亚胺制备领域。

背景技术

聚酰亚胺具有突出的热稳定性、机械性能、电学性能等优异的综合性能，被广泛应用于航空航天、微电子、柔性显示等领域。近年来，聚酰亚胺薄膜作为气体分离膜材料受到了越来越多的关注。然而普通芳香族聚酰亚胺受限于较强的分子链间作用力导致分子链堆积紧密，自由体积较小，气体通量有待提高。因此利用聚酰亚胺分子结构的可设计性，开发结构新颖的单体结构进而改善聚酰亚胺材料的气体分离性能是目前研究的热点。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺材料及其作为气体分离膜的应用，该系列材料中苯并咔唑具有刚性的共轭平面结构、优良的化学稳定性和空穴输运功能，引入聚合物中可以调节材料的光电性能，赋予材料蓝光发光特性。苯并咔唑刚性结构本身具备的碱性N-H基团对酸性二氧化碳气体具有有效的捕捉作用；主链结构上的苯并咔唑结构是一种非共平面刚性大体积基团，其本身的大空间位阻可以将有效的降低分子链的堆积密度，同时增加了分子链的自由体积；氟基团CF₃、-C(CF₃)₂-由于本身大的空间效应也能够有效地增加分子链间距，从而增加气体渗透性。与商业化聚酰亚胺材料作为对照，聚合物膜的溶解性、热性能、机械性能、气体透过性能都有极大的提高，具有潜在商用价值的并且生产成本较低，能够大规模生产应用。

一种非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺，所述非共平面聚酰亚胺的结构通式为：

其中，n为正整数，n的取值范围为300～600。

可选地，所述n独立地选自300、350、400、450、500、550、600中的任意值或任意两者之间的范围值。

可选地，所述非共平面聚酰亚胺的荧光发射峰在400～500nm蓝光波长范围内。

根据本申请的第二个方面，提供了一种上述所述的非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺的制备方法。

上述所述的非共平面苯并咔唑改性聚酰亚胺的制备方法，包括：

(a)以吲哚、对羟基苯甲醛、2-氟-5-硝基三氟甲苯为单体制备二胺单体；

(b)将二胺单体与芳香二酐聚合制备得到聚酰胺酸胶液；

(c)将聚酰胺酸胶液进行热酰亚胺化反应，冷却脱膜，得到所述气体分离膜。

可选地，步骤(a)包括：

将吲哚和对羟基苯甲醛溶于乙腈，加入碘化氢，60～100℃下反应10-60min，得到中间产物I；将中间产物I溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入碳酸钾和2-氟-5-硝基三氟甲苯，80～120℃下反应10-18h，得到中间产物II，将中间产物II分散在乙醇与N-甲基吡咯烷酮的混合溶液，加入钯碳和水合肼，60～100℃下反应40-60h，得到所述二胺单体。

可选地，吲哚和对羟基苯甲醛的摩尔比为1：1～1.2。

可选地，中间产物I、2-氟-5-硝基三氟甲苯的摩尔比为1：2.0～2.4。

可选地，步骤(b)包括：

在氮气保护下，将所述二胺单体溶解于极性溶剂中，得到混合液，将芳香二酐加入混合液中，冰浴条件下反应，得到聚酰胺酸胶液。