一种亚胺类二元酚化合物及其应用制造技术

本发明专利技术的一种亚胺类二元酚化合物及其应用，其结构通式为：

A Binary Phenolic Compound of Imines and Its Application

The present invention relates to an imine binary phenol compound and its application. The general formula of the structure is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种亚胺类二元酚化合物及其应用
本专利技术涉及碳材料
，特别是涉及一种亚胺类二元酚化合物及其应用。
技术介绍
碳材料是碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和富勒烯等材料的统称。采用有机前驱体作为碳材料的碳源是目前制备碳材料最常见的方法。如：中国专利技术专利(专利号：ZL201080017904.5)提供了一种“碳材料和其制造方法”，该专利技术通过将含有作为起始原料的有机物、过氧化氢和水的混合物保持在温度300℃～1000℃并且压力22MPa以上的条件下，从而由上述有机物生成碳粒子的工序。该方法制造出的碳材料，在构造上容易使离子等物质出入碳粒子的石墨烯层之间，可以用作二次电池、双电层电容器的活性物质。中国专利技术专利申请(申请号：ZL201710492621.X)公开了“一种高温碳化有机物制备碳基吸波材料的方法”，该申请以糖水热碳化产物作为前驱物，经过高温碳化，在丙酮中与石蜡均匀混合分散后成型，还可以与其它材料进行复合成型作为复合吸波材料的基体材料。中国专利技术专利申请(申请号：201711124172.X)公开了“一种碳纤维生产方法”，该申请是以聚丙烯腈为碳源生产碳纤维。通过聚丙烯腈纤维的氧化、碳化处理等工艺进行生产制造碳纤维。对于碳纳米管、石墨烯等低维纳米碳材料的制备，化学或物理气相沉积的方法应用较为普遍。如：中国专利技术专利申请(申请号：201680012902.4)公布的“可调节碳纳米管选择性的碳纳米管制备方法及包含由此制备的碳纳米管的复合材料”，其采用的是以包含碳源气体、还原气体以及输送气体等反应气体进行化学气相沉积而制备碳纳米管。尽管碳材料的制备大量采用了有机前驱体法，然而作为碳源，有机前驱体化学结构对成炭性能的影响并没有获得明确的说明，这也在一定程度上导致碳源的选择较为有限。在目前碳材料的应用中，解决碳源少的关键所在是将特征的化学结构通过化学合成或聚合的方法引入到材料中，对于特殊结构碳材料的获得，如多孔结构、有序结构、纳米结构等，碳源的选择显得至关重要。因此，针对现有技术中的存在问题，提供一种能够获得特殊结构碳材料的有机前驱体技术以解决现有技术中的不足显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够形成成炭率高、介孔结构的亚胺类二元酚化合物前驱体。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种亚胺类二元酚化合物及其应用，所述亚胺类二元酚化合物具有通式(I)的化学结构：通式(I)中，R1为下列结构通式的一种：R2-R5是相同或不同的，包括-H、烷基、芳基、铵或官能团化的烷基或芳基，或者R2与R3或R5形成环状体系；所述环状体系为含氮杂环；所述环状体系为五元或六元杂环。优选的，本专利技术的亚胺类二元酚化合物的制备包括以下步骤：用二甲基亚砜将对羟基苯甲醛类物与对苯二胺类物溶解，对羟基苯甲醛类物与对苯二胺的用量为等摩尔比例；在惰性气体的保护下，于60～150℃，反应2～6h，旋蒸除去部分溶剂，冷却至室温析出晶体，过滤得固体产物；用去离子水水洗3遍，抽滤物于50～120℃温度下真空干燥24h，然后再用二甲基亚砜与乙醇按1:(0.1～10)的体积比，进行重结晶，所得物为一种亚胺类二元酚；制备的亚胺类二元酚，由于酚羟基的存在，可以化学合成出环氧类、苯并噁嗪类等聚合物单体。本专利技术的亚胺类二元酚化合物作为碳材料前驱体，将具有高成炭效果的特征基团和反应性的活性官能团同时引入到化合物的分子结构中。由亚胺类二元酚化合物作为碳材料前驱体制备的聚合物在700-800℃典型条件的碳化下，其成炭率高于60％，而通用类聚合物的碳化率一般在30％左右，本专利技术的亚胺类二元酚化合物作为碳材料前驱体的成炭率明显高于现有技术中其它有机物前驱体。同时，亚胺化学结构中的含氮结构部分其碳化过程释放出大量气体，以致制备的碳材料大量介孔结构的形成。优选的，对苯二胺类物为1,4-对苯二胺、对二氨基联苯、4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯醚、4,4-二氨基二苯砜；优选的，所述亚胺类二元酚化合物具有通式(II)的化学结构：通式(II)中，R2为下列结构通式的一种：通式(III)中，R6为甲基、乙基或苯基。优选的，亚胺类二元酚化合物具有通式(IV)的化学结构：包括以下制备步骤：步骤一：将对羟基苯甲醛和对苯二胺溶解于二甲基亚砜，在惰性气体的保护下，60～150℃，反应2～6h；步骤二：冷却至析出固体，过滤，用水洗涤，干燥；步骤三：按体积份将二甲基亚砜:乙醇＝1份:0.1～10份对步骤二所得产物进行重结晶，过滤，干燥，得亚胺类二元酚。优选的，步骤一对羟基苯甲醛可替换为不同官能团的对羟基苯甲醛类物，以获得更多亚胺类二元酚，例如具有结构通式的亚胺类二元酚：其合成方法与上述步骤类似；以上步骤制备的亚胺类二元酚物，其化学结构可以采用FTIR表征(FTIR(KBr,cm-1)：1617(–C＝N–),3384(–OH)。优选的，步骤一在通入惰性气体前加入路易斯酸作为催化剂，其摩尔用量为0.0001～0.01倍摩尔反应体系中加入的对羟基苯胺，所述路易斯酸为SnCl2、SnCl4、BF3·Et2O或ZnCl2。制备的亚胺类二元酚，由于酚羟基的存在，可以化学合成出环氧类、苯并噁嗪类等聚合物单体。通过化学合成制备出含有特征官能团结构和反应性官能团结构的化合物，再通过聚合反应等方法化学地引入到材料中，以获得高成炭率的有机前驱体，实现扩充碳源目的。优选的，一种亚胺类二元酚化合物，其中：上述的亚胺类二元酚制备，具有通式(V)的化学结构：包括以下制备步骤：步骤一：用二甲基亚砜和/或乙醇将所述亚胺类二元酚于60～80℃溶解，加入环氧氯丙烷；步骤二：在惰性气体的保护下滴加碱性水溶液，滴加时间为2～6h，滴加完成后回流反应2～4h；步骤三：旋蒸除去低沸物，冷却至室温，用水水洗至中性，抽滤，干燥，得亚胺类环氧化合物。更优选的，步骤一加入相转移催化剂，其摩尔用量为0.001～0.1倍摩尔反应体系中加入的所述亚胺类二元酚，所述的相转移催化剂为水溶性的聚醚化合物、季铵盐或季磷盐一种或多种的混合物。更优选的，相转移催化剂为聚乙二醇400(PEG-400)、聚乙二醇600(PEG-600)、聚乙二醇2000(PEG-2000)、聚氧化乙烯(PEO)、氧化乙烯/氧化丙烯共聚物(PEO-PPO)，以及一些季铵盐如四乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵和季磷盐等，或它们的混合物。优选的，步骤二所述碱性水溶液的碱包括氢氧化钠和氢氧化钾，其中可优先选用氢氧化钠，其质量为理论用碱量的1.05～1.20倍左右。理论用碱量的计算方法为：碱质量＝80×m/M(m为亚胺类二元酚的投料质量，M为亚胺类二元酚的分子量)。更优选的，亚胺类二元酚、环氧氯丙烷和碱的摩尔比为1:1.5～10:2.05～2.25。上述方法制备的亚胺类环氧前驱体，其化学结构中特征的环氧环及桥联的亚甲基可以采用FTIR表征(FTIR(KBr,cm-1)：914。本专利技术的目的之二在于提供一种亚胺类环氧聚合物，本专利技术的目的通过下列步骤实现：根据上述亚胺类环氧化合物与固化剂混合均匀后加热固化，冷却后即得一种亚胺类环氧聚合物；所述固化剂为4,4'-二氨基二苯基甲烷。上述亚胺类环氧化合物，不单可以与通用环氧树脂混合添加固化剂聚合，而且可以直接加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：所述亚胺类二元酚化合物具有通式(I)的化学结构：

【技术特征摘要】
1.一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：所述亚胺类二元酚化合物具有通式(I)的化学结构：通式(I)中，R1为下列结构通式的一种：R2-R5是相同或不同的，包括-H、烷基、芳基、铵或官能团化的烷基或芳基，或者R2和R3或R5形成环状体系。2.根据权利要求1所述的一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：所述亚胺类二元酚化合物具有通式(II)的化学结构：通式(II)中，R2为下列结构通式的一种：通式(III)中，R6为甲基、乙基或苯基。3.根据权利要求2所述的一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：具有通式(IV)的化学结构：包括以下制备步骤：步骤一：将对羟基苯甲醛和对苯二胺溶解于二甲基亚砜，在惰性气体的保护下，60～150℃，反应2～6h；步骤二：冷却至析出固体，过滤，用水冲洗，干燥；步骤三：按体积份将二甲基亚砜:乙醇＝1份:0.1～10份对步骤二所得产物进行重结晶，过滤，干燥，得亚胺类二元酚。4.根据权利要求3所述的一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：步骤一在通入惰性气体前加入路易斯酸作为催化剂，其摩尔用量为0.0001～0.01倍摩尔反应体系中加入的对羟基苯胺，所述路易斯酸为SnCl2、SnCl4、BF3·Et2O或ZnCl2。5.一种亚胺类二元酚化合物，其特征在于：根据权利要求3所述的亚胺类二元酚制备，具有通式(V)的化学结构：包括以下制备步骤：步骤一：用二甲基亚砜和/或乙醇将所述亚胺类二元酚于60～80℃溶解，加入环氧氯丙烷；步骤二：在惰性气体的保护下滴加碱性水溶液，滴加时间为2～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，刘江峡，周虎，刘清泉，陈丽娟，田俐，宋飞，王琳艳，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43