一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺及其制备方法，本发明专利技术的制备步骤如下：（1）以不同结构的二氨化合物和4-氟邻苯二甲酸酐为单体，DMF为溶剂，三乙胺为环化催化剂，乙酸酐结合环化生成的水，得到含酰亚胺结构的二氟化合物；（2）以含酰亚胺结构二氟化合物和双苯并咪唑化合物为单体，环丁砜为溶剂，氯苯为除水剂，碳酸钙为除氟离子剂，在无水碳酸钾催化条件下，得到N取代聚苯并咪唑酰亚胺高分子。本发明专利技术的方法，其合成过程简单，成本低廉，产率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺及其制备方法
本专利技术涉及一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺及其制备方法，更具体地说，本专利技术涉及一种耐热可溶性高性能N取代聚苯并咪唑酰亚胺及其制备方法的实现。
技术介绍
随着航空、航天、机械、电子等工业对耐高温高分子材料的迫切需要，芳杂环高分子的合成及应用研究得到了迅猛发展，形成了以聚酰亚胺为代表、包括聚苯并咪唑等多种芳杂环聚合物在内的一大类高分子，且已经在许多高科技领域中得到了广泛的应用。由通常的二酐和二胺制得的聚酰亚胺（PI）虽然综合性能优异，但大部分PI既不熔融，也不溶解，造成其成型加工的困难。在不降低PI优异性能的前提下，改善PI的可加工性能一直是研究的热点之一。将苯并咪唑基团引入到聚酰亚胺链结构中，可破坏主链结构重复单元的对称性和规整度，降低分子链间的相互作用力，从而改善PI的溶解性能和加工性能。同时，苯并咪唑基团为芳杂环结构，引入该基团后可增加PI的耐热等级。因此，经苯并咪唑改性后的PI（聚苯并咪唑酰亚胺）具有耐高温、耐化学性好、粘接强度高、挠曲性能好、成本低、污染少、绿色环保等特点。目前已制备出多种聚苯并咪唑酰亚胺高分子材料，这些材料无论是主链中含有苯并咪唑基团还是支链中含有苯并咪唑基团，苯并咪唑环中都存在N-H键，H原子的存在带来了一系列问题，例如H原子在加热条件下很不稳定，在加热过程中H原子很容易失去而生成含两个碳氮双键的五元环。同时，随着加热温度的升高，聚合物逐渐变成黄黑色，在空气中加热到450℃时聚合物甚至变成黑色。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺。本专利技术的N取代聚苯并咪唑酰亚胺：其中Ar1，Ar2为芳香结构。本专利技术的N取代聚苯并咪唑酰亚胺具有较高的耐热级别，同时具有良好的溶解性能。此外，既可以实现熔融加工成型，也可实现溶液加工成型，成型方式的多样化拓宽了该类聚合物应用领域。基于N取代聚苯并咪唑酰亚胺的良好的综合性能，是一种新型结构的高性能材料。本专利技术的另一个目的是提供一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备方法。本专利技术的N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：（1）氮气氛围中，将摩尔比为1:2的二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐在N,N-二甲基甲酰胺中搅拌5h，随后加入少量乙酸酐和三乙胺，升温至75℃，反应3~5h后，将体系缓慢冷却至室温，倒入甲醇中沉淀、过滤，最后在50℃~60℃条件下真空干燥5h~8h，制得含酰亚胺结构的二氟单体。（2）氮气氛围中，将摩尔比为1:1的含酰亚胺结构的二氟单体和双苯并咪唑单体、碳酸钙和无水碳酸钾溶解到环丁砜和氯苯中。首先将体系从室温升至140℃~160℃，保持2h，随后加热升温到180℃~200℃，继续反应4h，再升温至210℃~220℃，反应6h~8h后，将体系缓慢冷却至室温，倒入去离子水中沉淀、过滤，最后在100℃~120℃条件下真空干燥5h~8h，制得N取代聚苯并咪唑酰亚胺。为了达到上述目的，本专利技术实施需要以下两个步骤：（1）含酰亚胺结构的二氟单体的合成。在氮气保护的条件下，以二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐为单体，首先在N,N-二甲基甲酰胺中搅拌，随后加入少量乙酸酐和三乙胺，升温继续反应，得到含酰亚胺结构的二氟化合物。（2）N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备。在氮气保护的条件下，以含酰亚胺结构的二氟化合物和双苯并咪唑化合物为单体，加入环丁砜、氯苯和碳酸钙，在无水碳酸钾催化作用下，得到N取代聚苯并咪唑酰亚胺。步骤（1）中，含酰亚胺结构的二氟单体的合成是选择不同结构的二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐为单体，其中不同结构的二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐的摩尔比为1:2。所得化合物可通过Ar1进行调节。步骤（2）中，N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备是选择含酰亚胺结构的二氟化合物和双苯并咪唑化合物为单体，其中含酰亚胺结构的二氟化合物和双苯并咪唑化合物的摩尔比为1:1。所得聚合物可通过Ar1和Ar2进行调节。制备本专利技术的N取代聚苯并咪唑酰亚胺时：将二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐溶于DMF中反应5h，氮气保护。加入少量乙酸酐和三乙胺。升温至75℃，反应3~5h。倒入甲醇中沉淀、过滤，最后在50℃~60℃条件下真空干燥5h~8h。得到含酰亚胺结构的二氟单体。将含酰亚胺结构的二氟单体、双苯并咪唑单体、碳酸钙和无水碳酸钾加入到干燥好的两口烧瓶中，氮气保护。加入环丁砜和氯苯。加热至140℃~160℃，反应2h。升温至180℃~200℃，继续反应4h，通过分水器除去水和氯苯。升温至210℃~220℃，反应6h~8h。倒入去离子水中沉淀、过滤，最后在100℃~120℃条件下真空干燥5h~8h。得到N取代聚苯并咪唑酰亚胺。本专利技术的优点是：(1)N取代聚苯并咪唑酰亚胺具有新颖的化学结构，主要由苯并咪唑单元、和酰亚胺单元组成。从形态上分析，其具有锯齿型主链结构，独特的化学结构赋予该类聚合物良好的物理化学性质，并可通过改变Ar1和Ar2对聚合物进行结构改性。(2)聚合物中消除了咪唑环上N-H键。(3)该制备过程操作工艺简单，所需原料均易得到，制备成本低。(4)本专利技术的聚合物无论在军工还是民用领域均具有潜在的应用价值，为航空航天、微电子等高新
提供极佳的备选材料。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术，但不限于以下案例。在以下实施例中，说明了选用不同的反应单体（即改变Ar1和Ar2的结构），可得到不同结构的N取代聚苯并咪唑酰亚胺，不同结构的聚合物在宏观上表现出不同的物理化学性能。实施例1一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备方法（Ar1选取，Ar2选取）。包括以下步骤：氮气氛围，将4,4'-二氨基二苯醚0.02mol、4-氟邻苯二甲酸酐0.04mol、N,N-二甲基甲酰胺100mL加入250mL三口烧瓶中，搅拌5h后，加入乙酸酐6mL和三乙胺3mL。将体系从室温升至75℃，保持4h。将体系缓慢冷却至室温，倒入甲醇中沉淀，过滤，随后在50℃条件下真空干燥7h，得到含酰亚胺结构的二氟单体-。氮气氛围，在装备冷凝装置和分水器的25mL两口烧瓶中依次加入含酰亚胺结构的二氟单体-0.01mol、双苯并咪唑单体-0.01mol、无水碳酸钾0.04mol、碳酸钙0.015mol、环丁砜10mL和氯苯4mL。搅拌均匀后将体系从室温升至150℃，保持2h，再从150℃升温至180℃，反应4h，由分水器除去体系水分和氯苯。随后，升温至210℃，反应10h。将体系缓慢冷却至室温，倒入去离子水中沉淀，过滤，随后在100℃条件下真空干燥6h，得到N取代聚苯并咪唑酰亚胺-。N取代聚苯并咪唑酰亚胺-为无定形态结构，密度为1.24g/cm3。玻璃化转变温度(Tg)为294℃，在N2中失重5%时的温度为528℃，在空气中失重5%时的温度为551℃。该聚合物可溶解在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、三氯甲烷和二氯甲烷中。实施例2一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备方法（Ar1选取，Ar2选取）。包括以下步骤：氮气氛围，在装备冷凝装置和分水器的25mL两口烧瓶中依次加入含酰亚胺结构的二氟单体-0.01mol、双苯并咪唑单体-0.01mol、无水碳酸钾0.04mol、碳酸钙0.015mol、环丁砜10mL和氯苯4mL。搅拌均匀后将体系从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺（Ι）：其中Ar1，Ar2为芳香结构。

【技术特征摘要】
1.一种N取代聚苯并咪唑酰亚胺：其中Ar1，Ar2为芳香结构。2.一种权利要求1所述的N取代聚苯并咪唑酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：（1）氮气氛围中，将摩尔比为1:2的二胺化合物和4-氟邻苯二甲酸酐在N,N-二甲基甲酰胺中搅拌5h，随后加入少量乙酸酐和三乙胺，升温至75℃，反应3~5h后，将体系缓慢冷却至室温，倒入甲醇中沉淀、过滤，最后在50℃~60℃条件下真空干燥5h~8h，制得含酰亚胺结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐业伟，孙毅，崔相旺，雷永林，霍冀川，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51