CN110713598A - 一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,属于高分子材料领域,具体方案如下:一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,包括如下步骤:步骤一:单体与溶剂的干燥;步骤二:聚酰胺酸的室温合成;步骤三:聚酰胺酸的低温亚胺化;步骤四:聚酰亚胺粉末的制取。本发明操作简便,亚胺化过程温度低、耗时短,优选配方可以省去催化剂,所得聚酰亚胺溶解性好,利于加工成型。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,尤其涉及一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法。
背景技术
聚酰亚胺是最常用的热塑性工程塑料,相较于常用的热固性树脂,其具有更优异的机械性能、耐热性、可加工性及可回收性,因此在先进复合材料、涂料、航空航天、分离膜、光刻胶、微电子等高端领域已有广泛的应用。
目前聚酰亚胺的合成方法已经发展的非常完善,以先合成聚酰胺酸,再进行亚胺化的两步法为最常见的合成方法。常见的亚胺化方法为热亚胺化与化学亚胺化两种,其中热亚胺化适用范围广且亚胺化程度高,但需高温条件及真空或惰性气体环境;化学亚胺化往往需要催化剂与除水剂配合使用,产物的纯化与催化剂的回收都有一定的难度。
因此,开发一种亚胺化过程节约能源,产物易纯化的聚酰亚胺是很有必要的。同时为了提高聚酰亚胺的可加工性,能够溶于常见有机溶剂是很重要的特性。
发明内容
为了克服现有技术的局限,以提高聚酰亚胺的可加工性和节约能量为目的,本发明提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,该方法操作简便,亚胺化过程温度低、耗时短,优选配方可以省去催化剂,所得聚酰亚胺溶解性好,利于加工成型。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、单体与溶剂的干燥:将二酐单体、二胺单体和有机溶剂进行干燥;
步骤二、聚酰胺酸的室温合成:将二酐单体和二胺单体按摩尔比为0.98~1.02:1的比例溶解于有机溶剂中,体系质量浓度为10~15%,反应温度为20~35℃,反应时间为6~12h,得到聚酰胺酸溶液;
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化:用所述有机溶剂将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为5~10%,加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐、丙酸酐中的一种或两种的混合物作为除水剂,在20~80℃下搅拌反应1~480min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液;
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;使用乙醇水溶液对絮状沉淀进行5~10次冲洗后,干燥制得可溶型聚酰亚胺粉末。
进一步的,步骤一中,所述二酐单体为均四苯甲酸酐、4,4’-联苯醚二酐、2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐、3,3’4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4’-联苯醚二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐中的一种或多种;所述二胺单体为4,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3,3'-甲撑二苯胺、4,4'-二氨基二苯甲酮、4,4'-乙烯二苯胺中的一种或多种;所述有机溶剂为二甲基甲酰胺,二甲基乙酰胺,二甲基亚砜中的一种或多种。
进一步的,步骤一中,采用普通烘箱或真空烘箱对二酐单体、二胺单体和有机溶剂进行干燥,干燥温度为40~90℃,干燥时间为2~12h。
优选的,步骤二中,反应结束后需将体系静置24~48h将反应过程中产生的气泡排净。
优选的,步骤三中,向稀释后的聚酰胺酸溶液中加入与聚酰胺酸摩尔数之比为1-4:1的乙二胺、三乙胺、苯并咪唑、吡啶、喹啉中的一种作为催化剂。
进一步的,步骤四中,乙醇水溶液为水和乙醇以任意比例混合的溶液。
进一步的,步骤四中,絮状沉淀的干燥温度为70-90℃,干燥时间为2-6h。
本发明具有如下优点:
本发明使用较为简便的方法,解决了聚酰胺酸亚胺化过程中耗能高或使用不可回收催化剂的问题,提供了一种可行的、绿色低能耗的可溶型聚酰亚胺合成方法,对聚酰亚胺的绿色生产具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,具体步骤如下:
步骤一、单体与溶剂的干燥:
将所用二酐单体、二胺单体与有机溶剂分别置于真空烘箱中以45℃烘干6h,完全除去其中所含水分。
步骤二、有机溶剂体系中聚酰胺酸的合成:
使用2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐和4,4’-联苯醚二酐各一半作为二酐单体,4,4’-二氨基二苯醚作为二胺单体,二甲基乙酰胺作为有机溶剂;投料酐胺比为0.99:1,体系质量浓度为12%,反应温度为20℃,搅拌下反应持续7h,反应完毕后静置40h除去体系中气泡,得到聚酰胺酸溶液。
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化:
将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为5%;仅加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐作为除水剂;加入聚酰胺酸摩尔数之比为2:1的吡啶作为催化剂;在45℃下搅拌反应240min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液,溶液仍保持澄清透明。
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:
将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;将絮状沉淀经抽滤滤出,使用乙醇水溶液进行6次冲洗后,90℃下干燥4h制得可溶型聚酰亚胺粉末。其中乙醇水溶液为水与乙醇的混溶溶液,水和乙醇的体积比为1:1。
实施例2
本实施例提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,具体步骤如下:
步骤一、单体与溶剂的干燥:
将所用二酐单体、二胺单体与有机溶剂分别置于真空烘箱中以45℃烘干4h,完全除去其中所含水分。
步骤二、有机溶剂体系中聚酰胺酸的合成:
使用2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐作为二酐单体,4,4’-二氨基二苯醚作为二胺单体,二甲基甲酰胺作为有机溶剂;投料酐胺比为1.02:1,体系质量浓度为10%,反应温度为25℃,搅拌下反应持续6h,反应完毕后静置36h除去体系中气泡,得到聚酰胺酸溶液。
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化:
将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为8%;仅加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐作为除水剂;加入聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的苯并咪唑作为催化剂;在40℃下搅拌反应120min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液,溶液仍保持澄清透明。
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:
将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;将絮状沉淀经抽滤滤出,使用乙醇水溶液进行8次冲洗后,70℃干燥3h制得可溶型聚酰亚胺粉末。其中乙醇水溶液为水与乙醇的混溶溶液,水和乙醇的体积比为1:5。
实施例3
本实施例提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,具体步骤如下:
步骤一、单体与溶剂的干燥:
将所用二酐单体、二胺单体与有机溶剂分别置于真空烘箱中以40℃烘干8h,完全除去其中所含水分。
步骤二、有机溶剂体系中聚酰胺酸的合成:
使用2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐作为二酐单体,3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷作为二胺单体,二甲基乙酰胺作为有机溶剂;投料酐胺比为1.01:1,体系质量浓度为13%,反应温度为20℃,搅拌下反应持续10h,反应完毕后静置24h除去体系中气泡,得到聚酰胺酸溶液。
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化
将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为5%;仅加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐作为除水剂;不加入催化剂;在50℃下搅拌反应10min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液,溶液仍保持澄清透明。
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:
将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;将絮状沉淀经抽滤滤出,使用乙醇水溶液进行10次冲洗后,80℃干燥6h制得可溶型聚酰亚胺粉末。其中乙醇水溶液为水与乙醇的混溶溶液,水和乙醇的体积比为1:1。
实施例4
本实施例提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,具体步骤如下:
步骤一、单体与溶剂的干燥:
将所用二酐单体、二胺单体与有机溶剂分别置于真空烘箱中以60℃烘干12h,完全除去其中所含水分。
步骤二、有机溶剂体系中聚酰胺酸的合成:
使用均四苯甲酸酐和4,4’-联苯醚二酐各一半作为二酐单体,对苯二胺和3,3'-甲撑二苯胺各一半作为二胺单体,二甲基亚砜作为有机溶剂;投料酐胺比为0.98:1,体系质量浓度为14%,反应温度为30℃,搅拌下反应持续12h,反应完毕后静置30h除去体系中气泡,得到聚酰胺酸溶液。
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化
将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为7%;仅加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐作为除水剂;加入聚酰胺酸摩尔数之比为1:1的三乙胺作为催化剂;在60℃下搅拌反应480min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液,溶液仍保持澄清透明。
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:
将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;将絮状沉淀经抽滤滤出,使用乙醇水溶液进行5次冲洗后,70℃干燥2h制得可溶型聚酰亚胺粉末。其中乙醇水溶液为水与乙醇的混溶溶液,水和乙醇的体积比为1:10。
实施例5
本实施例提供了一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,具体步骤如下:
步骤一、单体与溶剂的干燥:
将所用二酐单体、二胺单体与有机溶剂分别置于真空烘箱中以80℃烘干2h,完全除去其中所含水分。
步骤二、有机溶剂体系中聚酰胺酸的合成:
使用3,3’4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐和1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐的混合作为二酐单体,4,4'-二氨基二苯甲酮和4,4'-乙烯二苯胺的混合作为二胺单体,二甲基乙酰胺和二甲基亚砜的混合作为有机溶剂;投料酐胺比为1:1,体系质量浓度为15%,反应温度为35℃,搅拌下反应持续8h,反应完毕后静置48h除去体系中气泡,得到聚酰胺酸溶液。
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化
将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为10%;仅加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐作为除水剂;加入聚酰胺酸摩尔数之比为3:1的苯并咪唑作为催化剂;在80℃下搅拌反应1min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液,溶液仍保持澄清透明。
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:
将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;将絮状沉淀经抽滤滤出,使用乙醇水溶液进行7次冲洗后,75℃干燥3h制得可溶型聚酰亚胺粉末。其中乙醇水溶液为水与乙醇的混溶溶液,水和乙醇的体积比为1:8。
Claims (7)
1.一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、单体与溶剂的干燥:将二酐单体、二胺单体和有机溶剂进行干燥;
步骤二、聚酰胺酸的室温合成:将二酐单体和二胺单体按摩尔比为0.98~1.02:1的比例溶解于有机溶剂中,体系质量浓度为10~15%,反应温度为20~35℃,反应时间为6~12h,得到聚酰胺酸溶液;
步骤三、聚酰胺酸的低温亚胺化:用所述有机溶剂将步骤二中制得的聚酰胺酸溶液稀释至重量分数为5~10%,加入与聚酰胺酸摩尔数之比为4:1的乙酸酐、丙酸酐中的一种或两种的混合物作为除水剂,在20~80℃下搅拌反应1~480min完成聚酰胺酸的低温亚胺化,得到聚酰亚胺溶液;
步骤四、聚酰亚胺粉末的制取:将步骤三中所得聚酰亚胺溶液,投入过量的乙醇水溶液中,产生黄色絮状沉淀;使用乙醇水溶液对絮状沉淀进行5~10次冲洗后,干燥制得可溶型聚酰亚胺粉末。
2.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤一中,所述二酐单体为均四苯甲酸酐、4,4’-联苯醚二酐、2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐、3,3’4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4’-联苯醚二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐中的一种或多种;所述二胺单体为4,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3,3'-甲撑二苯胺、4,4'-二氨基二苯甲酮、4,4'-乙烯二苯胺中的一种或多种;所述有机溶剂为二甲基甲酰胺,二甲基乙酰胺,二甲基亚砜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤一中,采用普通烘箱或真空烘箱对二酐单体、二胺单体和有机溶剂进行干燥,干燥温度为40~90℃,干燥时间为2~12h。
4.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤二中,反应结束后需将体系静置24~48h将反应过程中产生的气泡排净。
5.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤三中,向稀释后的聚酰胺酸溶液中加入与聚酰胺酸摩尔数之比为1-4:1的乙二胺、三乙胺、苯并咪唑、吡啶、喹啉中的一种作为催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤四中,乙醇水溶液为水和乙醇以任意比例混合的溶液。
7.根据权利要求1所述的一种可溶型低温亚胺化聚酰亚胺的制备方法,其特征在于:步骤四中,絮状沉淀的干燥温度为70-90℃,干燥时间为2-6h。
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