CN108948352A - 一种制备聚酰亚胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备聚酰亚胺的方法，以四酸、二胺为反应物，以水与醇混合溶剂作分散介质合成聚酰亚胺；包括一个将四酸、催化剂和水、二醇混合溶剂进行机械搅拌的步骤，包括一个将四酸溶液、二胺与封端剂机械搅拌混合的步骤,包括一个以1～5℃/min的升温速度分别升温至30～160℃的步骤；包括一个将所得产物进行分离、洗涤、干燥的步骤；包括一个将所得固体产物进行高温热处理的过程，即得到聚酰亚胺粉末。本发明缩短了现有水相合成聚酰亚胺的工艺步骤、降低了反应温度，提高了产品的转化率。

Description

一种制备聚酰亚胺的方法
技术领域：
本发明属于化工领域，涉及一种聚酰亚胺的制备方法。
背景技术：
聚酰亚胺作为一种尖端结构材料或功能性材料，具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、抗辐射、抗氧化、机械强度高、电绝缘性能好等优异特性。由于合成以及应用加工途径的多样性等特点，它们以胶粘剂、涂料、灌封材料和复合材料等形式广泛应用于机械、电子电气、航天航空等技术领域中。
聚酰亚胺，均是通过二胺和二酐进行聚合反应形成的主链上含有酰亚胺环的一类高分子化合物。其单体分子结构及其分子量分布的不同，将赋予其不同的热力学、光学和机械力学性能。聚酰亚胺的合成方法主要有熔融缩聚法、溶液法、水相合成法，目前仍然主要以溶液法为主。溶液合成法原料的成本高、反应周期长、污染大、危险性大，产品中残留的高沸点有机溶剂难以除尽，而且有机溶剂与聚酰亚胺的分离和回收衍生出很多工艺过程，既耗时又耗能。近年发现在适当高压力及温度下，水也可成为某些有机化合物的良溶剂。澳大利亚的JOHN CHIEF ARI等首次提出水相合成聚酰亚胺的技术，使用水为溶剂采用高压缩聚方法合成聚酰亚胺,然而很难重复获得高分子量、性能稳定的产品。三普水相材料科技有限公司(本公司)前期以水为反应介质合成了高性能的聚酰亚胺产品，但聚合工艺反应温度较高、工艺时间较长，且产品成型后存在黑色杂质。
发明内容：
针对上述现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种制备聚酰亚胺的方法，所述的这种制备聚酰亚胺的方法要解决现有技术中制备聚酰亚胺的工艺反应温度高、时间长，模制品存在黑色杂质的问题。
本发明提供了一种制备聚酰亚胺的方法，包括以下步骤：
1)分别称取四酸、催化剂，然后加入水、醇混合溶剂中，四酸和催化剂的质量比为2000:1～500:1、四酸与混合溶剂的质量比为1:50～1:5，同时通入氮气至0.5～2.0MPa，并在30～160℃的条件下恒温搅拌0.5～1.5h，搅拌速度为50～400r/min；所述的四酸选自3，3’，4，4’-联苯四甲酸或者均苯四甲酸或者3，3’，4，4’-四羧基二苯酮或者3，3’，4，4’-四羧基二苯醚或者双酚A型二醚四酸或者环己烷四甲酸中的任意一种；
2)在30～100℃、以1)中所加四酸的量为基准，加入二胺，所述的二胺和所述的四酸的摩尔比为1～2：2～1，同时通入氮气至0.5～8.0MPa，继续在该温度下搅拌、恒温0.5～2h；所述的二胺选自3,4-二氨基二苯醚或者4,4-二氨基二苯醚、或者二氨基二苯甲烷或者间苯二胺或者对苯二胺或者1,3-双(3-氨基苯氧基)苯或者双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜中的任意一种；
3)升高温度到100～160℃，继续在该温度下搅拌、恒温1.5～5h；
4)步骤3)结束后，降温，对所得混合物进行分离、采用丙酮洗涤、干燥，即得部分亚胺化的聚酰亚胺粉末；
5)步骤4)结束后，对所得固体粉末进行在150～400℃的温度下热处理2～4h，即得聚酰亚胺粉末。
进一步的，步骤1)中四酸的粒径均为5～50μm，步骤2)中二胺的粒径均为1～200μm。
进一步的，在所述的在步骤1)中，所述的醇为甲醇、乙二醇、二乙二醇、丁二醇、异丙醇或者二丙酮醇中的任意一种；
进一步的，在所述的在步骤1)中，所述的混合溶剂中，水、醇混合溶剂的体积比为100:1～3:2；
进一步的，所述的催化剂选自四丁基溴化铵或者四丁基氯化铵或者苄基三乙基氯化铵或者三辛基甲基氯化铵中的任意一种。
本发明是以四酸、二胺为反应物，以水与醇混合溶剂作分散介质合成聚酰亚胺；该方法包括一个将四酸、催化剂和水、二醇混合溶剂进行机械搅拌的步骤，包括一个将四酸溶液、二胺与封端剂机械搅拌混合的步骤,包括一个以1～5℃/min的升温速度分别升温至30～160℃的步骤；包括一个将所得产物进行分离、洗涤、干燥的步骤；包括一个将所得固体产物进行高温热处理的过程，即得到聚酰亚胺粉末。
本发明催化剂的作用是提高聚合反应速率，醇的作用是降低反应温度、提高转化率，获得不同性能的聚酰亚胺。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明提供了一种产品性能稳定、绝缘性能较高的聚酰亚胺的合成方法，本发明缩短了现有水相合成聚酰亚胺的工艺步骤、降低了反应温度，提高了产品的转化率。本发明的工艺简单、易于产业化、成本低、产品性能的可调范围宽、可控性好，非常容易实现规模化工业生产。
具体实施方式:
实施例1
在30℃，将346g 3，3’，4，4’-四羧基二苯醚、0.5g四丁基溴化铵催化剂、5200ml水、乙二醇混合溶剂置于8L的反应釜中，通入氮气至2.0MPa，以2℃/min的升温速度升温至80℃，并以400r/min的搅拌速度恒温1h。然后卸压，加入200.2g 3,4-二氨基二苯醚，通入氮气至4.5MPa，继而保持搅拌速度不变、以2℃/min的升温速度分别升温至130℃恒温5h。将所得混合物进行抽真空分离、丙酮洗三次、再120℃干燥12h、210℃热处理3h，得到430g米黄色的粉体聚酰亚胺产品，获得测试样品其玻璃化转变温度258℃，冲击强度120MPa。
实施例2
在60℃，将330g 3，3＇，4，4＇-联苯四甲酸、0.2g苄基三乙基氯化铵催化剂和4250ml水、甲醇混合溶剂置于8L的反应釜中，直接通入氮气至2.0MPa，以2℃/min的升温速度升温至90℃，并以400r/min的搅拌速度恒温1h。然后卸压，加入200.2g 4,4-二氨基二苯醚，通入氮气至5.0MPa，然后以1.5℃/min的升温速度分别升温至110℃恒温5h。将所得混合物进行抽真空分离、丙酮洗三次、再120℃干燥2h、240℃热处理4h，得到435g黄色的粉体聚酰亚胺，测其玻璃化转变温度275℃，冲击强度107MPa。
实施例3
在30℃，将330g3，3＇，4，4＇-联苯四甲酸、0.3g四丁基氯化铵催化剂和5500ml水、丁二醇混合溶剂置于8L的反应釜中，直接通入氮气至1.5MPa，以2℃/min的升温速度升温至100℃，并以400r/min的搅拌速度恒温0.5h。然后降温至90℃卸压，加入198g 4,4-二氨基二苯甲烷，通入氮气至1.5MPa，继而匀速搅拌0.5h。然后以2.5℃/min的升温速度分别升温至120℃恒温3.0h。将所得混合物进行抽真空分离、丙酮洗三次、再120℃干燥2h、180℃热处理2h，得到390g浅黄色的粉体聚酰亚胺，其玻璃化转变温度为198℃,冲击强度96MPa。
实施例4
在50℃，将250g均苯四甲酸、0.2g四丁基氯化铵催化剂、5400ml水、二丙酮醇置于8L的反应釜中，通入氮气至1.0MPa，以2℃/min的升温速度升温至90℃，并以400r/min的搅拌速度恒温2h。然后降温卸压，加入200g 4,4-二氨基二苯醚，通入氮气至3.5MPa，继而保持搅拌速度不变、以2℃/min的升温速度分别升温至140℃恒温5h。将所得混合物进行抽真空分离、丙酮洗三次、再120℃干燥2h、380℃热处理4h，得到340g红棕色的粉体聚酰亚胺产品，其Td5％＝580℃。
实施例5
在30℃，将70g苯偏三酸、0.2g四丁基氯化铵催化剂、5400ml水置于8L的反应釜中，通入氮气至1.0MPa，以2℃/min的升温速度升温至60℃，并以280r/min的搅拌速度恒温1h。然后卸压，加入216.2g 4,4'-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜，通入氮气至3.5MPa，继而保持搅拌速度不变、以2℃/min的升温速度分别升温至110℃恒温2.5h。将所得混合物进行抽真空分离、丙酮洗三次、再120℃干燥2h、160℃热处理2h，得到200g粉体聚酰亚胺产品，其玻璃化转变温度为182℃。

Claims (5)

1.一种制备聚酰亚胺的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)分别称取四酸、催化剂，然后加入水、醇混合溶剂中，四酸和催化剂的质量比为2000:1～500:1、四酸与混合溶剂的质量比为1:50～1:5，同时通入氮气至0.5～2.0MPa，并在30～160℃的条件下恒温搅拌0.5～1.5h，搅拌速度为50～400r/min；所述的四酸选自3，3’，4，4’-联苯四甲酸或者均苯四甲酸或者3，3’，4，4’-四羧基二苯酮或者3，3’，4，4’-四羧基二苯醚或者双酚A型二醚四酸或者环己烷四甲酸中的任意一种；
2)在30～100℃、以1)中所加四酸的量为基准，加入二胺，所述的二胺和所述的四酸的摩尔比为1～2：2～1，同时通入氮气至0.5～8.0MPa，继续在该温度下搅拌、恒温0.5～2h；所述的二胺选自3,4’-二氨基二苯醚，或者4,4’-二氨基二苯醚，或者二氨基二苯甲烷，或者间苯二胺，或者对苯二胺，或者1,3-双(3-氨基苯氧基)苯，或者双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜中的任意一种；
3)升高温度到100～160℃，继续在该温度下搅拌、恒温1.5～5h；
4)步骤3)结束后，降温，对所得混合物进行分离、采用丙酮洗涤、干燥，即得部分亚胺化的聚酰亚胺粉末；
5)步骤4)结束后，对所得固体粉末进行在150～400℃的温度下热处理2～4h，即得聚酰亚胺粉末。
2.如权利要求1所述的一种制备聚酰亚胺的方法，其特征在于：步骤1)中四酸的粒径均为5～50μm，步骤2)中二胺的粒径均为1～200μm。
3.如权利要求1所述的一种制备聚酰亚胺的方法，其特征在于：在所述的在步骤1)中，所述的醇为甲醇、乙二醇、二乙二醇、丁二醇、异丙醇或者二丙酮醇中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种制备聚酰亚胺的方法，其特征在于：在所述的在步骤1)中，所述的水、醇混合溶剂的体积比为100:1～3:2。
5.如权利要求1所述的一种制备聚酰亚胺的方法，其特征在于：所述的催化剂选自四丁基溴化铵或者四丁基氯化铵或者苄基三乙基氯化铵或者三辛基甲基氯化铵中的任意一种。
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