[发明专利]一种透明聚酰亚胺材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺及其制备领域，具体涉及一种透明聚酰亚胺材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着光电技术的发展，光电产业对超薄化、柔性化的需求逐渐提高。传统的透明基板如玻璃因为在加工、运输上的不方面性及自身硬碎特性而无法满足此需求。其他透明材料如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物在光学、力学乃至化学稳定性均能满足超薄化及柔性化的需求，但其耐热性能较弱，不能达到光电器件在加工过程诸如蒸镀等高温制程的耐热要求，而透明聚酰亚胺材料具有优异的耐热性可满足这一发展趋势。

因为聚酰亚胺本身结构的特性，其分子内及分子间易形成电荷转移络合物(CTC)，从而导致聚酰亚胺薄膜的颜色呈黄色至棕色。目前为了提高聚酰亚胺薄膜的透明性，一般有以下几种方式：1)引入含氟取代基或砜基等强吸电子基团，利用其强电负性或吸电性抑制CTC的形成；2)用脂肪环代替芳香环，减少CTC的形成；3)在二胺的间位引入基团，破坏整个分子链的共轭，减少CTC的形成。但目前仍未能完全避免CTC的形成。

本发明制备的聚酰亚胺二胺单体2-(3，5-二氨基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮分子中存在氟原子，同时两个氨基的间位引入强吸电子基团，可以有效降低二胺分子的给电子能力，从而抑制了分子内的电荷转移络合物的形成，而此二胺结构的特殊性也增加了分子链间的距离，减少分子间共轭作用，显著提高了聚酰亚胺的透明性能，同时因为该二胺结构的特殊性，所得聚酰亚胺溶于N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺，后续成膜工艺只需在较低温度(不超过250℃)将溶剂蒸掉即可。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，鉴于现有技术所存在的不足，提供一种透明聚酰亚胺材料及其制备方法，应用本发明方法制备的透明聚酰亚胺材料具有优异的光学透过率、良好的耐热性以及优异的溶解性等优点。

本发明了还提供了用于制备透明聚酰亚胺材料的聚酰亚胺二胺单体及其制备方法，氟原子和强吸电子基团，抑制了分子内的电荷转移络合物的形成，减少分子间共轭作用，显著提高了聚酰亚胺的透明性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种聚酰亚胺二胺单体，即2-(3，5-二氨基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮，具有如下结构：

一种聚酰亚胺二胺单体的制备方法，包括以下步骤：

1)将四氟邻苯二甲酸、3,5-二硝基苯胺按照摩尔比1:1混匀，加入过量冰醋酸混匀，通氮气回流状态下进行反应，所述反应条件为125-130℃，反应8-10h；反应完毕后，降温至室温，将所述反应液抽滤，得到滤饼，将所述滤饼用无水乙醇洗涤并真空烘干，得到黄色粉末为2-(3，5-二硝基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮；

2)将步骤1)中得到的2-(3，5-二硝基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮与钯碳、四氢呋喃按重量比为1.0：0.3：50的比例混匀，置于高压反应釜进行高压反应，压力5-10atm，温度40-50℃，反应8-10h；反应完毕后，将所述反应液抽滤，用于去除钯碳，得到滤饼，将所述滤饼用无水乙醇洗涤并真空烘干，得到2-(3，5-二氨基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮，即为所述聚酰亚胺二胺单体。

上述方法的工艺路线如下，其中四氟邻苯二甲酸用化合物A表示，3,5-二硝基苯胺用化合物B表示，2-(3，5-二硝基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮用化合物C表示，2-(3，5-二氨基苯基)-4，5，6，7-(四氟异吲哚啉)-1，3-二酮用化合物D表示：

一种透明聚酰亚胺材料，具有如下结构式：

其中，A为二酐残基，Ar为二胺残基，n、m为1-1000的整数。

所述聚酰亚胺材料的玻璃化转变温度为300-368℃；10-12微米薄膜在450nm处的光透过率为90-96％；所述聚酰亚胺材料溶于N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中一种或几种。

一种透明聚酰亚胺材料的制备方法，包括以下步骤：

1)氮气保护下，将所述芳香二胺和所述聚酰亚胺二胺单体按照摩尔比1.0：0.05-0.5加入至极性非质子溶剂中，搅拌，得到混合溶液；

2)将二酐加入步骤1)中得到的混合溶液中进行缩聚反应，所述二酐与二胺的摩尔比为1.0:1.0-1.33，室温反应6-24h，得到重量比10-25％的聚酰胺酸溶液；