一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺及其制备方法、聚酰亚胺薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含双N‑取代苯并咪唑聚酰亚胺及其制备方法、聚酰亚胺薄膜及其制备方法，属于聚酰亚胺材料技术领域。本发明专利技术提供的含双N‑取代苯并咪唑聚酰亚胺既保留了苯并咪唑类聚酰亚胺材料的高耐热性能及优异的机械性能，同时通过引入N取代基和柔性基团，能够显著增加聚合物的链段距离，降低分子链堆积密度，进一步增加材料在有机溶剂中的溶解性，拓展了苯并咪唑聚酰亚胺材料的应用领域。本发明专利技术提供的含双N‑取代苯并咪唑聚酰亚胺的玻璃化转变温度为311～390℃，在有机溶剂中的溶解性优异。

【技术实现步骤摘要】
一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺及其制备方法、聚酰亚胺薄膜及其制备方法
本专利技术涉及聚酰亚胺材料
，尤其涉及一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺及其制备方法、聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)，是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，是综合性能最佳的有机高分子材料之一，具有优良的机械性能和热性能，广泛应用于电子、电工和航天航空等行业。但普通的PI由于具有分子链规整性好、刚性大、链间相互作用力强等结构特点而难溶，加工成型困难，应用受到限制。因此，在保持PI优良综合性能的同时，进行可溶性PI研究，已成为目前PI功能化研究的热点之一。常用的制备可溶性PI的方法有：在主链上引入柔性基团、大的侧基、非共平面结构、含氟基团、不对称结构、共聚以及制备超支化PI等。如中国专利CN110078917A以及文献“Novelsolublepolyimidesderivedfrom2,20-bis[4-(5-amino-2-pyridinoxy)phenyl]hexafluoropropane:Preparation,characterization,andoptical,dielectricproperties，YueGuan，Polymer，2014，55，16，3634-3641.)”都公开了通过结构修饰得到一系列可溶聚酰亚胺的制备方法。但是，上述现有技术制备的聚酰亚胺耐热性能较差(玻璃转变温度一般小于300℃)，此类材料并没有很好的保留聚酰亚胺材料高耐热的优势，使材料的使用领域受到限制。目前已有报道苯并咪唑类二胺单体为原料制备的聚酰亚胺薄膜具有较高的耐热性能，例如，中国专利CN102558860A以及文献“SynthesisandCharacterizationofHigh-PerformancePolyimidesBasedon6,4-Diamino-2-Phenylbenzimidazole，QingmingXia，Journalofappliedpolymerscience，2013，129，145-151”。但此类苯并咪唑类聚酰亚胺不溶解于常见极性溶剂，如DMSO、DMF、DMAc、NMP、THF或m-cresol(甲酚)等。因此，构建一种可溶的苯并咪唑聚酰亚胺是本领域的研究热点，需要在保持较高热性能的同时具有很好的有机溶解性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺及其制备方法、聚酰亚胺薄膜及其制备方法，所述聚酰亚胺耐热性能优异同时在各类有机溶剂中具有较好的溶解性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，具有式I所示结构：其中，n＝100～250且n为整数；R1包括R2包括Z包括优选的，所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺包括上述结构式中，n均为100～250且n为整数。本专利技术提供了上述技术方案所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：在保护性气氛条件下，将二胺单体、二酐单体和有机溶剂混合，进行聚合反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸；将所述含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸进行亚胺化反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺；所述二胺单体具有式II所示结构：式II中，R1包括R2包括所述二酐单体包括优选的，所述二胺单体和二酐单体的摩尔比为1:(1～1.3)。优选的，所述聚合反应的温度为-20～5℃，时间为4～16h；所述亚胺化反应的温度为120～400℃，时间为3～12h。本专利技术提供了一种含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜，所述含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜的材质为含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺；所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺为上述技术方案所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺或上述技术方案所述制备方法制备得到的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺。本专利技术提供了上述技术方案所述含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：将含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺溶解于溶剂中进行涂膜，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺薄膜；所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺为上述技术方案所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺或上述技术方案所述制备方法制备得到的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺。本专利技术提供了上述技术方案所述含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：在保护性气氛条件下，将二胺单体、二酐单体和有机溶剂混合，进行聚合反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸胶液；将所述含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸胶液涂膜后，进行亚胺化反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺薄膜；所述二胺单体具有式II所示结构：式II中，R1包括R2包括所述二酐单体包括优选的，所述涂膜后形成湿膜的厚度为20～400μm。优选的，所述涂膜完成后，还包括将所得湿膜进行除溶剂处理，所述除溶剂处理的温度为70～200℃，时间为3～12h。本专利技术提供了一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，本专利技术提供的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺既保留了苯并咪唑类聚酰亚胺材料的高耐热性能及优异的机械性能，同时通过引入N取代基和柔性基团，能够显著增加聚合物的链段距离，降低分子链堆积密度，进一步增加材料在有机溶剂中的溶解性，拓展了苯并咪唑聚酰亚胺材料的应用领域。本专利技术提供的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺的玻璃化转变温度为311～390℃，在有机溶剂中的溶解性优异。本专利技术提供的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺的制备方法操作简单，适宜工业化生产。本专利技术提供的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺薄膜在氮气气氛中5wt％热分解温度为439～521℃，拉伸强度为85～122MPa，拉伸模量为3.5～5.1GPa，室温可溶于间甲酚、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氢呋喃有机溶剂，溶解性优异。附图说明图1为实施例1～6制备的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺的红外图；图2为实施例1～6制备的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺薄膜的热失重曲线图；图3为实施例1～6制备的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺薄膜的动态热机械图。具体实施方式本专利技术提供了一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，具有式I所示结构：其中，n＝100～250且n为整数；R1包括R2包括Z包括在本专利技术中，所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺优选包括上述结构式中，n均为100～250且n为整数。本专利技术提供的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺既保留了苯并咪唑类聚酰亚胺类材料的耐高温性能，同时通过引入N取代基和柔性基团(如醚键)，降低分子链堆积密度，显著增加聚合物链段距离，进一步增加材料在有机溶剂中的溶解性，有利于后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，具有式I所示结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，具有式I所示结构：



其中，n＝100～250且n为整数；
R1包括
R2包括
Z包括


2.根据权利要求1所述的含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺，其特征在于，所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺包括上述结构式中，n均为100～250且n为整数。


3.权利要求1或2所述含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
在保护性气氛条件下，将二胺单体、二酐单体和有机溶剂混合，进行聚合反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸；
将所述含双N-取代苯并咪唑聚酰胺酸进行亚胺化反应，得到含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺；
所述二胺单体具有式II所示结构：



式II中，R1包括
R2包括
所述二酐单体包括


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二胺单体和二酐单体的摩尔比为1:(1～1.3)。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为-20～5℃，时间为4～16h；所述亚胺化反应的温度为120～400℃，时间为3～12h。


6.一种含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜，所述含双N-取代苯并咪唑的聚酰亚胺薄膜的材质为含双N-取代苯并咪唑聚酰亚胺；所述含双N-取代...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢然，李丹丹，王成杨，王大明，周宏伟，赵晓刚，陈春海，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22