一种同时含酚酞Cardo和烷基结构芳香二胺单体及其聚酰亚胺的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于芳香型二胺单体及其高性能聚合物的制备，公开了一种同时含酚酞Cardo和烷基结构芳香二胺单体及其聚酰亚胺的制备方法和应用。二胺单体制备方法:先将百里香酚酞与对氟硝基苯通过芳香亲核取代反应得到中间体二硝基化合物，然后将二硝基化合物还原得到同时含酚酞结构、异丙基和甲基的新型芳香型二胺单体。聚酰亚胺的制备方法：将等摩尔量的二胺单体和芳香二酐加入有机溶剂中，在催化剂作用下，搅拌反应，结束反应后经过沉降、洗涤、干燥，即可得到纤维状的同时含酚酞结构、异丙基和甲基的聚酰亚胺。该类聚酰亚胺在特定溶剂中的溶解度可达35wt％以上，具有优异的成膜性，所制的聚合物薄膜在微电子，光电领域具有潜在应用价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种同时含酚酞Cardo和烷基结构芳香二胺单体及其聚酰亚胺的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于芳香型二胺单体及其高性能聚合物的制备，特别涉及一类同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香型二胺单体及其聚酰亚胺的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技发展对高性能材料的需求增大，特种工程塑料应运而生，其中常见的商业化特种塑料主要有聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚等。这类材料兼具耐高温、高强度、高模量、耐腐蚀、耐磨、质轻，等性能。聚酰亚胺的分子链中含大量的芳环与杂环，赋予其优异的耐热稳定性，是耐热等级最高的特种工程塑料。PEEK、PPS等材料与聚酰亚胺相比，玻璃化转变温度相对较低，一般不超过150℃，这一点限制了它们在较高温度下的应用。此外，聚酰亚胺独特的低介电性能使其在微电子和光电领域也有着广泛应用。
[0003]聚酰亚胺因其优异的综合性能，可设计性，一直以来被视为优异的特种功能塑料，在防火材料、航天航空、微电子、光电，气体分离等高科技领域有着广泛应用。但传统聚酰亚胺因其芳香主链表现出的高刚性以及高共轭性产生的电荷络合转移作用(CTC)，使其呈现出难溶融和颜色深的特点，限制了聚酰亚胺的加工性和其在光学领域的应用，例如商业化的Kapton 薄膜的加工性能差，透明性低，介电常数高限制了其应用范围，所以设计出具有高溶解性、光透明性，低介电常数的聚酰亚胺具有重大意义。
[0004]本专利技术专利从分子结构出发，利用廉价的原料，简单的合成路线制得同时含酚酞结构、异丙基和甲基侧基的新型芳香二胺单体并和二酐单体经一步法溶液缩聚，成功将酚酞Cardo 结构、异丙基和甲基引入到聚酰亚胺主链上，使得聚合物重复单元中含有多种结构，赋予其不同的性能而达到改善效果。最终获得的这类聚酰亚胺表现出更高的溶解度、光学透明度以及更低的介电常数，使其在微电子以及光学领域具有潜在应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术利用低廉的百里香酚酞(5,5'
‑
二异丙基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞)与对氟硝基苯为起始原料，通过简单的芳香亲核取代和氧化还原反应成功制备了一种同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体，并由该单体与一系列芳香二酐缩聚制备得到了一类同时含酚酞结构，异丙基，甲基基团聚酰亚胺。
[0006]本专利技术专利旨在改善聚酰亚胺聚合物的溶解成膜性和介电性能及光学性能，基于分子结构设计出发，设计制备了一种同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体及聚酰亚胺。通过在聚合物分子主链中引入刚性酚酞结构、异丙基和甲基基团，使得该类聚合物在特定溶剂中具有高的溶解性和优良的成膜性，并可进一步有效提高聚酰亚胺膜材料的介电性能和光学性能，该类聚酰亚胺聚合物在微电子和光学领域具有重要的潜在应用价值。
[0007]本专利技术提供了一类同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团高可溶性聚酰亚胺，其结
构式为：
[0008][0009]其中，重复单元n＝50～100。
[0010]本专利技术还提供了一种上述同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺聚合物的制备方法，具体步骤为：
[0011]氮气保护下，将等物质量的同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的二胺单体和芳香二酐单体加入有机溶剂中，再加入催化剂，在100～120℃搅拌半小时，待单体完全溶解后继续升温至190～200℃下反应6～8h，得到粘稠的聚合物溶液，结束反应，将聚合物溶液倒入乙醇中沉降，过滤、洗涤和干燥，即可得到纤维状的同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺。
[0012]上述制备方法中，所述同时含酚酞结构，异丙基和甲基基团的芳香二胺单体为5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞，所述二酐单体为二苯醚四酸二酐、二苯酮四酸二酐和联苯四酸二酐中的一种。
[0013]上述制备方法中，所述的有机溶剂为间甲酚或N
‑
甲基吡咯烷酮，其用量为二胺和二酐单体质量的7～15倍；所述催化剂为异喹啉，其用量为二胺物质量的1％～3％。
[0014]上述制备方法中，所述的同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体为5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞，结构式为：
[0015][0016]所述的同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体制备方法包含以下步骤：
[0017](1)氮气保护下，在装有机械搅拌的三口烧瓶中加入一定摩尔比的百里香酚酞与对氟硝基苯，进一步加入适量有机溶剂和催化剂，100℃搅拌3小时后升温至140～160℃下反应 6～12h后结束反应，经沉降、过滤、干燥和重结晶后可得到淡黄色的中间体二硝基化合物5,5'
‑ꢀ
二异丙基
‑
4,4'
‑
二硝基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞。
[0018](2)在装有机械搅拌的三口烧瓶中加入中间体二硝基化合物5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二硝基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞，进一步加入适量有机溶剂，还原剂和催化剂，回流下反应6～8h后结束反应，过滤出催化剂后将二胺溶液在水中沉降过滤得到白色固体，真空干燥后得到二胺单体5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞。
[0019]本专利技术的同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体及其聚酰亚胺聚合
(b)、PI
‑
3(c) 的1H
‑
NMR图谱。
[0032]图4是实施例1
‑
3中，由二胺单体5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞分别与二苯醚四酸二酐、二苯酮四酸二酐、联苯四酸二酐反应制得PI
‑
1、PI
‑
2、PI
‑
3的红外图谱。
[0033]图5是实施例1
‑
3中，由二胺单体5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞分别 与二苯醚四酸二酐、二苯酮四酸二酐、联苯四酸二酐反应制得PI
‑
1、PI
‑
2、PI
‑
3的紫外光谱 图5a和不同电场频率下的介电常数关系图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体，其特征在于：所述芳香二胺单体为5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
‑
二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞，其结构式为：2.如权利要求1所述的一种同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体，其特征在于：所述的芳香二胺单体的熔点为95～98℃。3.一类同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺，其特征在于：将权利要求1的芳香二胺单体合成得到高可溶性的聚酰亚胺；其结构单元中含有酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团，其结构式为：其中重复单元n＝50～100。4.如权利要求3所述的同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺，其特征在于：聚酰亚胺的玻璃化转变温度范围为266～289℃，氮气和氧气下的10％热失重温度范围分别为432～434℃和433～454℃，1MHz下的介电常数为3.0～2.79，截断波长在324～365nm。5.如权利要求3所述的同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为：氮气保护下，将权利要求1同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体和芳香二酐单体等摩尔量加入有机溶剂中，再加入催化剂，在100～120℃搅拌半小时待单体完全溶解形成均质溶液后继续升温至190～200℃下反应6～8h，得到粘稠的聚合物溶液，结束反应，将聚合物溶液倒入乙醇中沉降，过滤、洗涤和干燥，即可得到纤维状的聚酰亚胺聚合物。6.如权利要求5所述的同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺的制备方法，所述同时含酚酞结构、异丙基和甲基基团的芳香二胺单体为5,5'
‑
二异丙基
‑
4,4'
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二氨基苯氧基
‑
2,2'
‑
二甲基酚酞，所述二酐单体为二苯醚四酸二酐、二苯酮四酸二酐、联苯四酸二酐中的一种。7.如权利要求5所述的同时含酚酞Cardo结构、异丙基和甲基基团的高可溶性聚酰亚胺的制备方法，步骤中所述的有机溶剂为间甲酚或N
‑
甲基吡咯烷酮，其用量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪称意，蔡华娟，耿凯，赵晓燕，李坚，朱肖，吴方成，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：