CN111732835B - 一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氮化硼‑羧基化聚芳醚‑聚酰亚胺复合材料及其制备方法，属于导热复合材料技术领域。本发明利用氮化硼与羧基化聚芳醚上的羧基产生氢键的相互作用力，将氮化硼分散在羧基化聚芳醚中富集形成导热相，为声子导热过程传输提供通道，降低声子在界面处的散射，有效提高复合材料的导热系数。本发明利用聚酰亚胺织物作为力学支撑网络，有效提升复合材料的力学性能，克服复合材料在填料添加量较大时力学性能遭到破坏的问题，赋予复合材料良好的力学性能。

Description

一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导热复合材料技术领域，尤其涉及一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
背景技术
随着LED照明和微电子封装技术的发展，电子元器件和电子设备均朝着微型化和高度集成化的方向发展。随着电子设备性能的提高，散热问题成为制约设备安全性和可靠性的关键问题。因此对高导热材料的需求越来越迫切。导热聚合物具有质量较轻、易加工成型和耐化学腐蚀等优点，正在向传统导热材料所应用的领域逐渐发展。尤其是填充型导热聚合物，其制备方法简单、易于批量生产且成本不高，是极具应用前景的导热材料。因此，为了满足日益扩大的市场需求，提高填充型导热聚合物复合材料的热导率是十分必要的。
为了获得高性能复合材料，研究人员通过各种方法将填料分散在聚合物基体中，但是因填料聚集而产生的应力集中会降低复合材料的性能。事实上，填料添加量较低时填料被树脂基体包裹，形成“海岛结构”，此时填料间彼此是孤立的，不利于导热系数的提高。当填料添加量较多时，填料在聚合物基体内部易发生团聚，影响复合材料的机械性能，同时又会提高复合材料的制备成本。中国专利(CN110804268A)公开了一种六方氮化硼(h-BN)/聚乙烯醇(PVA)/木质素纳米颗粒(LNP)/纳米纤维素(CNF)导热复合膜材料及其制备方法，通过真空抽滤h-BN悬浮液得到h-BN薄片，再将PVA/LNP/CNF混合悬浮液浇铸于h-BN薄片上，干燥成型后得到h-BN/PVA/LNP/CNF导热复合膜材料。但是填料种类增加的同时也使界面增加，界面热阻变大，使复合材料的导热系数的提升受到限制。
因此，通过合适的方式增强填料与聚合物之间的相互作用，使之均匀分散且填料粒子之间不孤立，在材料内部形成导热通路提高复合材料的热导率，同时建立力学增强网络，保证材料的力学性能是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法，所制备的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料具有优异的导热性能，同时力学性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到羧基化聚芳醚；
将所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合，得到分散液；
将所述分散液涂覆于聚酰亚胺织物表面后，在水中进行相转变，得到复合物；
将所述复合物进行热压，得到氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料。
优选的，所述酚酞啉类单体具有式I所示结构：
Figure BDA0002591568980000021
其中，R1、R2和R3独立为-H，-CH3，-CH2CH3，-CH2CH2CH3或-CH(CH3)2；
所述二卤单体为4,4'-二氟二苯甲酮、4,4'-二氯二苯砜、4,4'-二氟二苯砜、1,3-二(4-氟苯甲酰基)苯、1,4-二(4-氟苯甲酰基)苯、4,4'-二(4-氟苯甲酰基)联苯、二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基亚苯基)醚、1,4-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯或1,3-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯；
所述二酚单体为2,2-双(4-羟苯基)丙烷、3,3-二(4-羟苯基)-3H-异苯并呋喃酮、酚红、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、对苯二酚、间苯二酚、4,4'-联苯二酚、4,4'-二羟基二苯酮、4,4'-二羟基二苯砜、4,4'-二羟基二苯亚砜、4,4'-二羟基二苯硫醚或4,4'-二羟基二苯醚。
优选的，所述酚酞啉类单体与二酚单体的摩尔比为1:(0.05～0.5)，所述二酚单体和酚酞啉类单体中羟基摩尔数之和与二卤单体中卤原子的摩尔比为1:1。
优选的，所述催化剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾或氟化铯；所述催化剂与二卤单体的摩尔比为(2～2.2)：1。
优选的，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二苯砜或环丁砜；
所述酚酞啉类单体、二酚单体和二卤单体的总质量与第一溶剂的质量比为(15～20)：(80～85)。
优选的，所述聚合反应的温度为160～220℃，时间为4～7h。
优选的，所述氮化硼为六方氮化硼、立方氮化硼或密排六方氮化硼；
所述氮化硼与羧基化聚芳醚的质量比为(40～60):(40～60)；
所述氮化硼和羧基化聚芳醚的质量之和与第二溶剂的质量比为(15～20):(80～85)。
优选的，所述分散液与聚酰亚胺织物的质量比为(9～11):0.85；所述聚酰亚胺织物的密度为200g/m2。
优选的，所述热压的压力为1.5～2.0MPa，温度为250～450℃。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料，包括聚酰亚胺织物基体和填充于所述聚酰亚胺织物基体中的导热聚合物，所述导热聚合物为氮化硼-羧基化聚芳醚。
本发明提供了一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：将酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到羧基化聚芳醚；将所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合，得到分散液；将所述分散液涂覆于聚酰亚胺织物表面后，在水中进行相转变，得到复合物；将所述复合物进行热压，得到氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料。本发明先制备羧基化的聚芳醚，由于氮化硼表面存在有羟基，可以与羧基化聚芳醚上的羧基产生氢键的相互作用力，本发明将氮化硼分散在羧基化聚芳醚中富集形成导热相，为声子导热过程传输提供通道，降低声子在界面处的散射，有效提高复合材料的导热系数。其次，由于羧基化聚芳醚与聚酰亚胺属于不相容的两相，具有典型的相分离的微观结构，本发明将氮化硼-羧基化聚芳醚构成的导热相与聚酰亚胺织物混合后，二者发生相分离，导热的氮化硼富集在羧基化聚芳醚相中，而聚酰亚胺织物有大量孔隙，氮化硼-羧基化聚芳醚相分布在聚酰亚胺织物的孔隙中，形成导热网络，可以实现导热相在复合材料中以连续相形式存在，客观上提高了氮化硼导热通路的密度，进而有效提高复合材料的导热性能。
本发明利用聚酰亚胺织物作为力学支撑网络，有效提升复合材料的力学性能，克服复合材料在填料添加量较大时力学性能遭到破坏的问题，赋予复合材料良好的力学性能。
本发明所制备的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料中，增强填料氮化硼与聚芳醚聚合物之间存在相互作用，填料粒子均匀分散且填料粒子之间不孤立，能够形成有效的导热通路，克服了现有导热聚合物存在的填料彼此孤立或填料团聚的问题。
具体实施方式
本发明提供了一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到羧基化聚芳醚；
将所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合，得到分散液；
将所述分散液涂覆于聚酰亚胺织物表面后，在水中进行相转变，得到复合物；
将所述复合物进行热压，得到氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到羧基化聚芳醚。在本发明中，所述酚酞啉类单体优选具有式I所示结构：
Figure BDA0002591568980000051
其中，R1、R2和R3独立为-H，-CH3，-CH2CH3，-CH2CH2CH3或-CH(CH3)2；
在本发明中，所述二卤单体优选为4,4'-二氟二苯甲酮、4,4'-二氯二苯砜、4,4'-二氟二苯砜、1,3-二(4-氟苯甲酰基)苯、1,4-二(4-氟苯甲酰基)苯、4,4'-二(4-氟苯甲酰基)联苯、二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基亚苯基)醚、1,4-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯或1,3-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯；所述二酚单体优选为2,2-双(4-羟苯基)丙烷、3,3-二(4-羟苯基)-3H-异苯并呋喃酮、酚红、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、对苯二酚、间苯二酚、4,4'-联苯二酚、4,4'-二羟基二苯酮、4,4'-二羟基二苯砜、4,4'-二羟基二苯亚砜、4,4'-二羟基二苯硫醚或4,4'-二羟基二苯醚。
在本发明中，所述酚酞啉类单体与二酚单体的摩尔比优选为1:(0.05～0.5)，更优选为1:(0.1～0.4)，进一步优选为1:(0.2～0.3)；所述二酚单体和酚酞啉类单体中羟基摩尔数之和与二卤单体中卤原子的摩尔比优选为1:1。
在本发明中，所述催化剂优选包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾或氟化铯；所述催化剂与二卤单体的摩尔比优选为(2～2.2)：1，更优选为(2.05～2.1)：1。
在本发明中，所述第一溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜、二苯砜或环丁砜；所述酚酞啉类单体、二酚单体和二卤单体的总质量与第一溶剂的质量比优选为(15～20)：(80～85)，更优选为(16～18)：(82～84)。
在本发明中，所述带水剂优选为甲苯、二甲苯或氯苯；本发明对所述带水剂的用量没有特殊的限定，保证带水剂足量即可。
本发明对所述酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将各个原料混合均匀即可。
完成所述混合后，所述依次进行带水和聚合反应的过程优选为先自室温持续升温至带水剂的回流温度，直到体系中无水带出(除去反应中水分，提供无水环境，避免后续副反应发生)；然后升温至120～150℃并维持3～6h，带水回流(蒸出体系中带水剂)；再升温至160～220℃进行聚合反应。本发明对所述升温的升温速率没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行升温即可。在本发明中，所述聚合反应的温度优选为160～220℃，更优选为170～210℃，进一步优选为180～200℃，时间优选为4～7h，更优选为5～6h。
在所述聚合反应过程中，酚酞啉类单体上含有羧基和羟基，在反应过程中羟基参与二酚单体与二卤单体的聚合反应，而羧基保留下来，得到含有羧基侧基的聚芳醚聚合物。本发明所制备的羧基化聚芳醚类聚合物具有优异的溶解性，能溶于多种有机溶剂，扩大其应用范围。
完成所述聚合反应后，本发明优选将所得产物倒入沉淀剂中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余的溶剂(第一溶剂和沉淀剂)和催化剂；最后在烘箱中干燥，得到羧基化聚芳醚，即含羧基侧基的聚芳醚类聚合物。在本发明中，所述沉淀剂优选为甲醇、乙醇或水；本发明对所述沉淀剂的用量没有特殊的限定，保证足量即可。本发明对所述粉碎机以及粉碎和洗涤的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为130～150℃，更优选为135～145℃，时间优选为8～12h，更优选为9～10h；本发明对所述烘箱没有特殊的限定，本领域熟知的普通烘箱即可。本发明对所述含羧基侧基的聚芳醚类聚合物的粒径没有特殊的限定，按照上述过程粉碎为较小粒径利于后续溶解即可。
得到羧基化聚芳醚后，本发明将所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合，得到分散液。在本发明中，所述氮化硼优选为六方氮化硼(HBN)、立方氮化硼(CBN)或密排六方氮化硼(WBN)；所述氮化硼与羧基化聚芳醚的质量比优选为(40～60):(40～60)，更优选为(45～55):(45～55)，进一步优选为(48～52):(48～52)。
在本发明中，所述第二溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二氧六环、二氯甲烷或三氯甲烷；所述氮化硼和羧基化聚芳醚的质量之和与第二溶剂的质量比优选为(15～20):(80～85)，更优选为(16～18):(82～84)。
在本发明中，所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合的过程优选为先将氮化硼和第二溶剂在超声破碎机中进行超声分散混合，然后向所得混合物中加入羧基化聚芳醚，在室温下磁力搅拌6～8h，得到分散液；所述超声分散混合的功率优选为250～400W，更优选为300～350W，时间优选为0.5～2h，更优选为1.0～1.5h。本发明对所述磁力搅拌的过程没有特殊的限定，能够得到分散均匀的分散液即可。
由于氮化硼表面存在羟基，可以与羧基化聚芳醚上的羧基产生氢键的相互作用力，降低声子在聚芳醚聚合物与氮化硼填料界面处的散射，有效提高复合材料的导热系数，本发明将氮化硼分散在羧基化聚芳醚中富集形成导热相，能够为声子导热过程传输提供通道，进而提高材料的导热性能。
得到分散液后，本发明将所述分散液涂覆于聚酰亚胺织物表面后，在水中进行相转变，得到复合物。在本发明中，所述分散液与聚酰亚胺织物的质量比优选为(9～11):0.85，更优选为(9.5～10.5):0.85；所述聚酰亚胺织物的密度优选为200g/m2；所述聚酰亚胺织物优选购于山东奥绒服装有限公司。
在本发明中，所述涂覆的方式优选为滴涂，本发明对所述滴涂的速率没有特殊的限定，采用本领域熟知的过程进行滴涂能够将聚酰亚胺织物均匀渗透即可。本发明通过涂覆将分散液均匀填充在聚酰亚胺织物的结构中。完成所述涂覆后，本发明优选将所得聚酰亚胺织物浸入去离子水中24～48h，进行相转变，然后将所得织物在普通烘箱中130℃干燥8～12h，再在真空烘箱中180～220℃条件下干燥3～5h，得到复合物。本发明对所述普通烘箱和真空烘箱没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备即可。在所述相转变过程中，液态形式的羧基化聚芳醚和氮化硼转变为固相，与聚酰亚胺织物形成固态复合物。本发明利用聚酰亚胺织物作为力学支撑网络，有效提升复合材料的力学性能，克服复合材料在填料添加量较大时力学性能遭到破坏的问题，赋予复合材料良好的力学性能。
由于羧基化聚芳醚与聚酰亚胺属于不相容的两相，具有典型的相分离的微观结构，本发明将氮化硼-羧基化聚芳醚构成的导热相与聚酰亚胺混合后，氮化硼-羧基化聚芳醚导热相与聚酰亚胺织物相发生相分离，导热的氮化硼富集在羧基化聚芳醚相中，而聚酰亚胺织物有大量孔隙，氮化硼-羧基化聚芳醚相分布在聚酰亚胺织物的孔隙中，形成导热网络。
本发明通过调整氮化硼/羧基化聚芳醚导热相与聚酰亚胺织物两类材料的比例，可以实现导热相在复合材料中以连续相形式存在，客观上提高了氮化硼导热通路的密度，进而能够有效提高复合材料的导热性能。
得到复合物后，本发明将所述复合物进行热压，得到氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料。在本发明中，所述热压的压力优选为1.5～2.0MPa，更优选为1.6～1.9MPa，进一步优选为1.7～1.8MPa，温度优选为250～450℃，更优选为300～400℃。本发明对所述热压所用设备没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备进行热压即可。在热压过程中，浸入聚酰亚胺织物中的氮化硼-羧基化聚芳醚在压力作用下与聚酰亚胺织物充分复合，形成复合材料。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料，包括聚酰亚胺织物基体和填充于所述聚酰亚胺织物基体中的导热聚合物，所述导热聚合物为氮化硼-羧基化聚芳醚。
本发明先制备羧基化的聚芳醚，由于氮化硼表面存在有羟基，可以与羧基化聚芳醚上的羧基产生氢键的相互作用力，本发明将氮化硼分散在羧基化聚芳醚中富集形成导热相，为声子导热过程传输提供通道，降低声子在界面处的散射，有效提高复合材料的导热系数。其次，由于羧基化聚芳醚与聚酰亚胺属于不相容的两相，具有典型的相分离的微观结构，本发明将氮化硼-羧基化聚芳醚构成的导热相与聚酰亚胺织物混合后，二者发生相分离，导热的氮化硼富集在羧基化聚芳醚相中，而聚酰亚胺织物有大量孔隙，氮化硼-羧基化聚芳醚相分布在聚酰亚胺织物的孔隙中，形成导热网络，提高复合材料的导热性能。
本发明利用聚酰亚胺织物作为力学支撑网络，有效提升复合材料的力学性能，克服复合材料在填料添加量较大时力学性能遭到破坏的问题，赋予复合材料良好的力学性能。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝H，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000091
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入16g(0.05mol)4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、0.57g(0.0025mol)2,2-双(4-羟苯基)丙烷和11.445g(0.0525mol)4,4'-二氟二苯甲酮，然后加入112.06g二甲基亚砜(DMSO)，最后加入催化剂无水碳酸钾14.49g(0.105mol)和带水剂甲苯50mL；将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至150℃，维持3h，蒸出带水剂，随后升温至220℃并维持4h，进行聚合反应；反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(二甲基亚砜)和催化剂(碳酸钾)，最后在普通烘箱中150℃干燥8h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量6g六方氮化硼和40gN,N-二甲基乙酰胺，混合于250W超声清洗机中，进行超声分散2h，然后将4g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌8h，得到分散液；
(3)称取9g所述分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中48h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥12h，然后置于真空烘箱中在220℃干燥5h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在2.0MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例2
当酚酞啉类单体中R1＝-CH3，R2＝-CH3，R3＝-CH3时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000101
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入19.5g(0.05mol)2,2',4”,5,5'-五甲基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、7.65g(0.025mol)3,3-二(4-羟苯基)-3H-异苯并呋喃酮和21.525g(0.075mol)4,4'-二氯二苯砜，然后加入275.825g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钾9.24g(0.165mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至120℃，维持6h，蒸出带水剂；随后升温至160℃并维持7h，进行聚合反应；反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(甲醇)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(甲醇和N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钾)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚砜；
(2)称量6g立方氮化硼和56.67g N,N-二甲基乙酰胺，混合于400W超声清洗机中进行超声分散0.5h，将4g所述羧基化聚芳醚砜加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取11g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥8h，然后置于真空烘箱中在180℃干燥3h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.5MPa，温度控制在250℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚砜-聚酰亚胺复合材料。
实施例3
当酚酞啉类单体中R1＝-CH2CH3，R2＝H，R3＝-CH2CH3时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000111
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入20.2g(0.05mol)4”,5,5'-三乙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、1.77g(0.005mol)酚红和13.97g(0.055mol)4,4'-二氟二苯砜，然后加入143.76gN,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，最后加入催化剂无水碳酸钠11.66g(0.11mol)和带水剂甲苯50mL；将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持5h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应；反应结束后将所得产倒入沉淀剂(乙醇)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(乙醇和N,N-二甲基乙酰胺)和催化剂(碳酸钠)，最后在普通烘箱中140℃干燥9h，得到羧基化聚芳醚砜；
(2)称量4g密排六方氮化硼和40g N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，混合于300W超声清洗机中，进行超声分散1h，然后将6g所述羧基化聚芳醚砜加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌7h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中36h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在400℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚砜-聚酰亚胺复合材料。
实施例4
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝-CH2CH3，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000121
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入18.8g(0.05mol)2,2'-二甲基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、3.36g(0.01mol)2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷和19.32g(0.06mol)1,3-二(4-氟苯甲酰基)苯，然后加入165.92g N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，最后加入催化剂氢氧化钠5.28g(0.132mol)和带水剂二甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(140℃)，持续直到无水带出，继续升温至150℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N,N-二甲基甲酰胺)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量4g六方氮化硼和56.67g N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，混合于300W超声清洗机中进行超声分散2h，然后将6g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例5
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝H，R3＝-CH2CH2CH3时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000131
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入20.2g(0.05mol)5,5'-二丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、1.65g(0.015mol)对苯二酚和20.93g(0.065mol)1,4-二(4-氟苯甲酰基)苯，然后加入171.12g二苯砜，最后加入催化剂氟化铯19.76g(0.13mol)和带水剂氯苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(135℃)，持续直到无水带出，继续升温至150℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(二苯砜)和催化剂(氟化铯)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量5g六方氮化硼和40g四氢呋喃(THF)，混合于300W超声清洗机中进行超声分散2h，然后将5g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，再置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例6
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝H，R3＝-CH(CH3)2时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000141
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入20.2g(0.05mol)5,5'-二异丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸，2.2g(0.02mol)间苯二酚和27.86g(0.07mol)4,4'-二(4-氟苯甲酰基)联苯，然后加入201.04g环丁砜，最后加入催化剂氢氧化钠5.6g(0.14mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(环丁砜)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量5g六方氮化硼和56.67g四氢呋喃(THF)，混合于300W超声清洗机中进行超声分散2h，然后，将5g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例7
当酚酞啉类单体中R1＝-CH2CH2CH3，R2＝H，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000151
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入18.1g(0.05mol)4”-丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、0.744g(0.004mol)4,4'-联苯二酚和28.566g(0.054mol)二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基亚苯基)醚，然后加入189.64g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠4.32g(0.108mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酰亚胺；
(2)称量6g六方氮化硼和40g二氧六环，混合于300W超声清洗机中进行超声分散2h然后将4g所述羧基化聚芳醚酰亚胺加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酰亚胺-聚酰亚胺复合材料。
实施例8
当酚酞啉类单体中R1＝-CH(CH3)2，R2＝H，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000161
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入18.1g(0.05mol)4”-异丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、1.605g(0.0075mol)4,4'-二羟基二苯酮和25.1275g(0.0575mol)1,4-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯，然后加入179.33gN-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠4.6g(0.115mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量6g六方氮化硼和56.67g二氯甲烷，采用300W超声清洗机进行超声分散2h，然后将4g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例9
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝-CH2CH2CH3，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000171
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入20.2g(0.05mol)2,2'-二丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、3.125g(0.0125mol)4,4'-二羟基二苯砜和27.3125g(0.0625mol)1,3-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯，然后加入202.55g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠5g(0.125mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂，随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入到沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚砜；
(2)称量4g六方氮化硼和40g二氯甲烷，混合于300W超声清洗机进行超声分散2h，然后将6g所述羧基化聚芳醚砜加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚砜-聚酰亚胺复合材料。
实施例10
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝-CH(CH3)2，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000181
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入20.2g(0.05mol)5,5'-二异丙基-4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”-羧酸、4.095g(0.0175mol)4,4'-二羟基二苯亚砜和14.715g(0.0675mol)4,4'-二氟二苯甲酮，然后加入156.04g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠5.4g(0.135mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入到沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量4g六方氮化硼和56.67g三氯甲烷，混合于300W超声清洗机进行超声分散2h，然后将6g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例11
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝H，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000191
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入16g(0.05mol)4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”'-羧酸、4.905g(0.0225mol)4,4'-二羟基二苯硫醚和15.805g(0.0725mol)4,4'-二氟二苯甲酮，然后加入146.84g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠5.8g(0.145mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量5g六方氮化硼和40g三氯甲烷，混合于300W超声清洗机进行超声分散2h，然后将5g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将所述复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
实施例12
当酚酞啉类单体中R1＝H，R2＝H，R3＝H时，即结构式为：
Figure BDA0002591568980000201
氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备过程为：
(1)向带有氮气入口、分水器、温度计和磁力搅拌器的三颈烧瓶中加入16g(0.05mol)4,4'-二羟基三苯基甲烷-2”'-羧酸、4.545g(0.0225mol)4,4'-二羟基二苯醚和15.805g(0.0725mol)4,4'-二氟二苯甲酮，然后加入145.4gN-甲基吡咯烷酮(NMP)，最后加入催化剂氢氧化钠5.8g(0.145mol)和带水剂甲苯50mL，将所得混合物自室温升温至带水剂的回流温度(110℃)，持续直到无水带出，继续升温至130℃，维持4h，蒸出带水剂；随后升温至200℃并维持6h，进行聚合反应，反应结束后将所得产物倒入沉淀剂(水)中，得到丝条状产物，然后将所述丝条状产物用粉碎机粉碎成粉末，用沸水反复洗涤除去多余溶剂(N-甲基吡咯烷酮)和催化剂(氢氧化钠)，最后在普通烘箱中130℃干燥12h，得到羧基化聚芳醚酮；
(2)称量5g六方氮化硼和56.67g三氯甲烷，采用300W超声清洗机进行超声分散2h，然后，将5g所述羧基化聚芳醚酮加入到所得混合液中，室温下磁力搅拌6h，得到分散液；
(3)称取9g分散液，均匀滴涂在质量为0.85g的聚酰亚胺织物(密度为200g/m2)上，浸渍均匀后，浸入去离子水中24h，进行相转变，然后放入普通烘箱中在130℃干燥10h，然后置于真空烘箱中在200℃干燥4h，得到复合物；
(4)将复合物进行热压，压力控制在1.7MPa，温度控制在300℃，得到氮化硼-羧基化聚芳醚酮-聚酰亚胺复合材料。
性能测试
导热测试采用TC 3000导热仪在25℃下进行，通过如下公式对导热系数进行计算：
Figure BDA0002591568980000211
其中，K为导热系数，W/mK；q为单位长度金属线所产生的热量，J；ΔT为金属线温度变化，℃；t为测试时间，s。
拉伸测试由ShimadzuAG-I万能拉伸实验机采用常规方法在室温下进行，拉伸速度为2mm/min。
按照上述方法对实施例1～12制得的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的导热性能进行测试，并对实施例1～12制得的氮化硼接枝聚芳醚酮-聚酰亚胺进行机械性能测试，结果见表1。
表1实施例1～12制备的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的导热性能和机械性能数据
Figure BDA0002591568980000212
Figure BDA0002591568980000221
由表1可知，本发明制备的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的导热系数可达1.42W/mK，拉伸强度可达59MPa，拉伸模量可达2.6GPa，断裂伸长率可达11.8％。本发明制备的导热性能有了很大的提升，同时力学性能也在可接受的范围内，保证了导热聚合物的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当酚酞啉类单体中指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将酚酞啉类单体、二卤单体、二酚单体、催化剂、带水剂和第一溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到羧基化聚芳醚；
将所述羧基化聚芳醚、氮化硼和第二溶剂混合，得到分散液；
将所述分散液涂覆于聚酰亚胺织物表面后，在水中进行相转变，得到复合物；
将所述复合物进行热压，得到氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料；
所述酚酞啉类单体具有式I所示结构：
Figure FDA0002988385000000011
其中，R1、R2和R3独立为-H，-CH3，-CH2CH3，-CH2CH2CH3或-CH(CH3)2；
所述二卤单体为4,4'-二氟二苯甲酮、4,4'-二氯二苯砜、4,4'-二氟二苯砜、1,3-二(4-氟苯甲酰基)苯、1,4-二(4-氟苯甲酰基)苯、4,4'-二(4-氟苯甲酰基)联苯、二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基亚苯基)醚、1,4-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯或1,3-二(4-氯-2-邻苯二甲酰亚胺基)苯；
所述二酚单体为2,2-双(4-羟苯基)丙烷、3,3-二(4-羟苯基)-3H-异苯并呋喃酮、酚红、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、对苯二酚、间苯二酚、4,4'-联苯二酚、4,4'-二羟基二苯酮、4,4'-二羟基二苯砜、4,4'-二羟基二苯亚砜、4,4'-二羟基二苯硫醚或4,4'-二羟基二苯醚。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酚酞啉类单体与二酚单体的摩尔比为1:(0.05～0.5)，所述二酚单体和酚酞啉类单体中羟基摩尔数之和与二卤单体中卤原子的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾或氟化铯；所述催化剂与二卤单体的摩尔比为(2～2.2)：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二苯砜或环丁砜；
所述酚酞啉类单体、二酚单体和二卤单体的总质量与第一溶剂的质量比为(15～20)：(80～85)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为160～220℃，时间为4～7h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硼为六方氮化硼或立方氮化硼；
所述氮化硼与羧基化聚芳醚的质量比为(40～60):(40～60)；
所述氮化硼和羧基化聚芳醚的质量之和与第二溶剂的质量比为(15～20):(80～85)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散液与聚酰亚胺织物的质量比为(9～11):0.85；所述聚酰亚胺织物的密度为200g/m2。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压的压力为1.5～2.0MPa，温度为250～450℃。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的氮化硼-羧基化聚芳醚-聚酰亚胺复合材料，包括聚酰亚胺织物基体和填充于所述聚酰亚胺织物基体中的导热聚合物，所述导热聚合物为氮化硼-羧基化聚芳醚。
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