CN101085833B - 可溶性含氟芳香聚酰亚胺及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的可溶性含氟芳香聚酰亚胺及其合成方法属于高分子技术领域。可溶性含氟芳香聚酰亚胺具有如下通式：
Description
技术领域
本发明属于高分子技术领域，具体涉及含有氟、大侧基和醚键的二胺基单体和聚酰亚胺进行缩和反应制备具有良好的溶解性、成膜性、热稳定性和透光性聚酰亚胺聚合物。
背景技术
作为一类聚合物，聚酰亚胺是一种高性能材料，在许多领域应用广泛。但是聚酰亚胺在很多溶剂中是不溶的，不溶的聚酰亚胺在加工成膜中需要复杂的工艺，而且一些聚酰亚胺由于其透光性差，大大的限制了材料在通讯、光、电学等领域的应用。
与本发明相近的现有技术是一篇发表在Journal of Polymer Science：PartA：Polymer Chemistry，Vol.39，2404-2413(2001)上的题目为“SolubleFluorinated Polyimides Derived from 1，4-(4’-Aminophenoxy)-2-(3’-trifluoromethylphenyl)benzene and Aromatic Dianhydrides”的文章，公开的聚合物体系是用一种二胺基单体1，4-(4-胺基苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯和酸酐聚合得到得聚酰亚胺，并对其进行了溶解性、热氧稳定性和力学性能的测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，引入大侧基和醚键，提高聚酰亚胺材料的溶解性，且不牺牲材料的耐温性；引入三氟甲基可以提高材料的透光性，将低介电常数，特别是应用于光波导材料，可以降低材料在通讯波段的吸收损耗，而且大侧基的引入可以降低以往聚酰亚胺材料的双折射值，从而可以进一步降低材料在使用中带来的偏振损耗。
本发明公开了具有良好的耐温性，较好的加工性和较高的透光性的聚酰亚胺。本发明应用四种具有不同的苯侧基，而且同时含有三氟甲基和醚键的四种二胺基单体，与工业化的二酐单体进行缩和反应，合成一系列高性能聚酰亚胺聚合物。
一种可溶性含氟芳香聚酰亚胺，具有如下通式：
其中Ar是：
Ar’是：
n为聚合度，50≤n≤150。
在本发明的可溶性含氟芳香聚酰亚胺中，二胺单体Ar中苯侧基上取代基为甲基、三氟甲基、两个三氟甲基或者氯和三氟甲基。
在本发明的可溶性含氟芳香聚酰亚胺中，含有芳香醚键和三氟甲基基团。
本发明是在室温下将四种二胺基单体中的一种，与一种二酐单体进行亚胺化反应，然后在60℃的条件下，用酸酐做脱水剂，吡啶做催化剂进行扣环反应，合成聚酰亚胺聚合物。
合成过程的反应如下：
具体的可溶性含氟芳香聚酰亚胺的合成方法是；以二胺单体和二酐单体为反应物，N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，吡啶为催化剂，乙酸酐为脱水剂，所说的二胺单体是1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯或1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基-4’氯基苯基)苯；合成过程是，将二胺单体溶解在溶剂中，二酐单体与二胺单体等摩尔滴加在二胺单体溶液中，室温反应20～28小时，加入催化剂和脱水剂，60～80℃继续反应6～8小时，出料在无水乙醇中，经洗涤，干燥，得到白色粉末聚合物。
合成过程中所用到的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，聚合物反应的含固体的量为10～20％。
加入的催化剂吡啶和脱水剂乙酸酐按为体积比为5∶6。吡啶的加入量为溶剂量的9.5～10.5％。
所合成聚酰亚胺聚合物不仅溶于强极性溶剂，而且溶于像丙酮等极性相对较弱的溶剂，对材料进行热性能测试，发现材料具有较高的热分解温度，在氮气条件下，5％重量分解温度均大于500℃，并且具有良好的光透过性，而且材料在近红外波段吸收较低，可以达到耐热型光学材料的要求。
本发明所用的二酐单体是工业化的产品，分别三苯二醚二酐(HQDPA)、六氟丙烷二酐(6FDA)、联苯二酐(s-BPDA)、均苯四甲酸酐(PMDA)、二苯砜二酐(DSDA)、单醚二酐(OPDA)或酮醚二酐(BTDA)。
本发明中所用到的二胺基单体1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯(a)、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯(b)、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯(c)、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基-4’氯基苯基)苯(d)，其结构式分别为：
这四种二胺基单体具有醚键，三氟甲基基团和四种不同的苯侧基。这些特殊官能团的引入在不牺牲聚酰亚胺的耐热性的前提下，可以大大提高材料的溶解性，同时增加材料的光学透过性，并具有优异的热稳定性，良好的成膜性和较低折射率。
具体实施方式：
实施例1.
三苯二醚二酐(HQDPA)0.402g(1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基)苯单体0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到75℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～100。
实施例2.
六氟丙烷二酐(6FDA)0.444g(1mmol)溶于15mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应26h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应5小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～110。
实施例3.
联苯二酐(s-BPDA)0.294g(1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单体 0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应27h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到80℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝50～80。
实施例4.
将均苯四甲酸酐(PMDA)0.32g(1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单体0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应28h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到77℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝50～80。
实施例5.
将二苯砜二酐(DSDA)0.358g(1mmol)溶于14mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单体 0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应23h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到72℃继续反应5小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝60～100
实施例6.
将单醚二酐(OPDA)0.31g 1mmol)溶于17mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单体0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到68℃继续反应4.5小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝100～130。
实施例7.
将酮醚二酐(BTDA)0.322g1mmol)溶于20mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯单体 0.518g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应27h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到66℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝90～110。
实施例8.
三苯二醚二酐0.402g(1mmol)溶于20mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应27h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到70℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～110。
实施例9.
六氟丙烷二酐(6FDA)0.444g(1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到63℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝100～120。
实施例10.
联苯二酐(s-BPDA)0.294g(1mmol)溶于16mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应26h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到65℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～110。
实施例11.
将均苯四甲酸酐(PMDA)0.32g(1mmol)溶于15mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应27h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到75℃，继续反应7小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝100～150。
实施例12.
将二苯砜二酐(DSDA)0.358g(1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝100～140。
实施例13.
将单醚二酐(OPDA)0.31g 1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体 0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应25h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到66℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～120。
实施例14.
将酮醚二酐(BTDA)0.322g1mmol)溶于10mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基苯基)苯单体 0.572g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应26h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到63℃继续反应4小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝90～130。
实施例15.
三苯二醚二酐0.402g(1mmol)溶于11mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应23h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到70℃继续反应7小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～100。
实施例16.
六氟丙烷二酐(6FDA)0.444g(1mmol)溶于11mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝120～150。
实施例17.
联苯二酐(s-BPDA)0.294g(1mmol)溶于15mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应28h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到80℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～100。
实施例18.
将均苯四甲酸酐(PMDA)0.32g(1mmol)溶于20mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应28h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到78℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～120。
实施例19.
将二苯砜二酐(DSDA)0.358g(1mmol)溶于20mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应21h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝90～110。
实施例20.
将单醚二酐(OPDA)0.31g 1mmol)溶于18mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g 1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应22h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应7小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～110。
实施例21.
将酮醚二酐(BTDA)0.322g1mmol)溶于16mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯单体0.64g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应23h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到65℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝90～120。
实施例22.
三苯二醚二酐0.402g(1mmol)溶于21mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应26h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到75℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝90～110。
实施例23.
六氟丙烷二酐(6FDA)0.444g(1mmol)溶于11mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应24h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到60℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝110～130。
实施例24.
联苯二酐(s-BPDA)0.294g(1mmol)溶于18mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应28h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到80℃继续反应8小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～90。
实施例25.
将均苯四甲酸酐(PMDA)0.32g(1mmol)溶于14mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应26h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到78℃继续反应7小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝80～110。
实施例26.
将二苯砜二酐(DSDA)0.358g(1mmol)溶于15mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应27h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到65℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝110～140。
实施例27.
将单醚二酐(OPDA)0.31g 1mmol)溶于17mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应23h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到67℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～100。
实施例28.
将酮醚二酐(BTDA)0.322g1mmol)溶于20mL DMAc中，1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基4’-氯苯基)苯单体0.607g(1mmol)分五次加入反应体系中，半小时内加完，继续反应25h，加入1mL吡啶和1.2mL乙酸酐，升温到66℃继续反应6小时，出料在无水乙醇中，白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到聚酰亚胺聚合物。其结构式如下：
n＝70～100。
Claims (6)
1.一种可溶性含氟芳香聚酰亚胺，具有如下通式：
其特征是，Ar是：
Ar’是：
2.按照权利要求1所述的可溶性含氟芳香聚酰亚胺，其特征在于，二胺单体Ar中苯侧基上取代基为甲基、两个三氟甲基或者为氯和三氟甲基。
3.按照权利要求1或2所述的可溶性含氟芳香聚酰亚胺，其特征在于，含有芳香醚键和三氟甲基基团。
4.一种权利要求1的可溶性含氟芳香聚酰亚胺的制备方法，以二胺单体和二酐单体为反应物，N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，吡啶为催化剂，乙酸酐为脱水剂，所说的二胺单体是1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-甲基苯基)苯、1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’，5’-二三氟甲基苯基)苯或1，4-(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)-2-(3’-三氟甲基-4’氯基苯基)苯；合成过程是，将二胺单体溶解在溶剂中，二酐单体与二胺单体等摩尔滴加在二胺单体溶液中，室温反应20～28小时，加入催化剂和脱水剂，60～80℃继续反应6～8小时，出料在无水乙醇中，经洗涤，干燥，得到白色粉末聚合物。
5.按照权利要求4所述的可溶性含氟芳香聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所说的二酐单体是均苯四甲酸酐、联苯二酐、三苯二醚二酐、二苯砜二酐、六氟二酐、酮二酐或单醚二酐。
6.按照权利要求4或5所述的可溶性含氟芳香聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，加入的催化剂吡啶和脱水剂乙酸酐按体积比为5∶6；吡啶的加入量为溶剂量的9.5～10.5％。
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| CN1155559C (zh) * | 2000-12-27 | 2004-06-30 | 中国科学院化学研究所 | 一种含氟有机二胺和它们的制备方法及用途 |
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2007
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