CN117986580A - 一种含砜基结构的聚酰胺酰亚胺及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，具有如下结构：本发明提供的含砜基结构聚酰胺酰亚胺，将砜基引入到骨架中，使砜基、酰胺基、酰亚胺基和苯环形成较大范围的共轭刚性结构，可以显著地提高PAI薄膜在可见光范围内的透明性，以及PAI薄膜的抗氧性、耐热性和力学性能，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及特种高分子新材料技术领域，尤其是涉及一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺(PAI)及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺酰亚胺(Polyamide-imide，简称PAⅠ)是指分子链上同时含有酰胺基团和酰亚胺基团的一类高分子聚合物。
聚酰胺酰亚胺(PAI)由于分子中同时具有耐热的芳杂亚胺基团和柔性的酰胺基团，从而具有优良的耐热性、介电性、机械性能和化学稳定性，是一种性能卓越的工程材料，而被广泛的应用于航空、航天和微电子等高技术领域，例如制备高性能绝缘漆、制备纳米复合PAI材料、制备分子印迹聚合物等。
目前，传统的聚酰胺酰亚胺耐热性有待进一步提高，将砜基引入到聚酰胺酰亚胺骨架中，使砜基、酰胺基、酰亚胺基和苯环形成较大范围的共轭刚性结构，可以显著地提高PAI薄膜在可见光范围内的透明性，以及PAI薄膜的抗氧性、耐热性和力学性能，这对开发高性能的PAI薄膜有着重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明旨在制备一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，促进PAI薄膜向高性能方向发展。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面，提供一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，具有如下结构：
本发明的第二方面，提供一种上述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
选取N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺和4,4′-二氨基二苯砜做反应原料；
在所述反应原料中加入溶剂和添加剂，进行酰胺化反应。
根据本发明的一些实施例，所述反应原料中，N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺：4,4′-二氨基二苯砜的摩尔比＝1：0.9～1：1.1。
根据本发明的一些实施例，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和二甲苯中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述添加剂为吡啶、三苯基膦和氯化锂。
根据本发明的一些实施例，所述酰胺化反应的反应温度为80℃～200℃。
根据本发明的一些实施例，所述酰胺化反应的反应时间为2～12小时。
本发明的第三方面，提供上述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺在制备PAI薄膜中的应用。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，由N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺和4,4′-二氨基二苯砜通过酰胺化反应制得。该聚合物将砜基引入到聚酰胺酰亚胺骨架中，使砜基、酰胺基、酰亚胺基和苯环形成较大范围的共轭刚性结构，可以显著地提高PAI薄膜在可见光范围内的透明性，以及PAI薄膜的抗氧性、耐热性和力学性能，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为实施例中含砜基结构聚酰胺酰亚胺的红外光谱图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，按照以下步骤制得：
在装有搅拌器、温度计、恒压漏斗、导气管和冷凝回流装置的500mL四口烧瓶中加入31.1g(0.1mol)N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺，然后加入二甲苯、吡啶、三苯基膦和氯化锂，搅拌，通入氮气，再加入29.6g(0.09mol)4,4′-二氨基二苯砜。加热升温至80℃进行酰胺化反应，反应时间为12小时。反应结束，将反应混合物冷却后倒入蒸馏水中，过滤，固体产物用甲醇洗涤，干燥，得到淡黄色的含砜基结构聚酰胺酰亚胺。
取本实施例制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺，对其进行红外光谱分析，结果如图1所示。表1为红外光谱图各峰归属。
表1红外光谱图各峰归属
| 吸收峰/cm-1 | 3336.58 | 1779.37；1720.34 | 1672.14 | 1591.62 | 1368.85 |
| 基团 | 酰胺N-H | 亚胺-CO-N-CO- | 酰胺羰基 | 酰胺N-H | 酰亚胺酰胺C-N |
实施例2
本实施例提供一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，按照以下步骤制得：
在装有搅拌器、温度计、恒压漏斗、导气管和冷凝回流装置的500mL四口烧瓶中加入31.1g(0.1mol)N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺，然后加入DMF、吡啶、三苯基膦和氯化锂，搅拌，通入氮气，再加入32.9g(0.1mol)4,4′-二氨基二苯砜。加热升温至140℃进行酰胺化反应，反应时间为8小时。反应结束，将反应混合物冷却后倒入蒸馏水中，过滤，固体产物用甲醇洗涤，干燥，得到淡黄色的含砜基结构聚酰胺酰亚胺。
取本实施例制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺，对其进行红外光谱分析，结果如图1所示。
实施例3
本实施例提供一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，按照以下步骤制得：
在装有搅拌器、温度计、恒压漏斗、导气管和冷凝回流装置的500mL四口烧瓶中加入31.1g(0.1mol)N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺，然后加入DMAc、吡啶、三苯基膦和氯化锂，搅拌，通入氮气，再加入34.5g(0.105mol)4,4′-二氨基二苯砜。加热升温至170℃进行酰胺化反应，反应时间为4小时。反应结束，将反应混合物冷却后倒入蒸馏水中，过滤，固体产物用甲醇洗涤，干燥，得到淡黄色的含砜基结构聚酰胺酰亚胺。
取本实施例制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺，对其进行红外光谱分析，结果如图1所示。
实施例4
本实施例提供一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，按照以下步骤制得：
在装有搅拌器、温度计、恒压漏斗、导气管和冷凝回流装置的500mL四口烧瓶中加入31.1g(0.1mol)N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺，然后加入NMP、吡啶、三苯基膦和氯化锂，搅拌，通入氮气，再加入36.2g(0.11mol)4,4′-二氨基二苯砜。加热升温至200℃进行酰胺化反应，反应时间为2小时。反应结束，将反应混合物冷却后倒入蒸馏水中，过滤，固体产物用甲醇洗涤，干燥，得到淡黄色的含砜基结构聚酰胺酰亚胺。
取本实施例制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺，对其进行红外光谱分析，结果如图1所示。
效果实施例1
将玻璃板用丙酮浸泡1小时后用去离子水冲洗干净，放置在烘箱中待用。将实施例1中制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺干燥处理后溶解于用分子筛处理过的NMP中，制备固含量为30％的PAI溶液。然后利用湿膜制备器在玻璃板上制得厚度为100μm的PAI涂膜，放置真空烘箱中60℃干燥24h，随后放置空气中自然冷却至室温，将玻璃板浸泡在去离子水中，剥离得到淡黄色高透明的PAI薄膜。
利用电子万能材料试验机测定PAI薄膜的拉伸强度和断裂伸长率，结果如表2所示。
表2实施例1中制得的含砜基结构聚酰胺酰亚胺涂成薄膜的力学性能
| 项目 | 含砜基结构PAI薄膜性能 |
| 外观 | 淡黄色高透明薄膜 |
| 拉伸强度/MPa | 62.4 |
| 断裂伸长率/％ | 16.9 |
本发明制备得到的可含砜基结构聚酰胺酰亚胺在可见光范围内的透明性，以及PAI薄膜的抗氧性、耐热性和力学性能。
Claims (10)
1.一种含砜基结构聚酰胺酰亚胺，其特征在于，具有如下结构：
2.权利要求1所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺和4,4′-二氨基二苯砜做反应原料；在所述反应原料中加入溶剂和添加剂，进行酰胺化反应。
3.根据权利要求2所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述反应原料中，N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺：4,4′-二氨基二苯砜的摩尔比＝1：0.9～1：1.1。
4.据权利要求2所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述反应原料中，N-对羧苯基偏苯三酸酰亚胺：4,4′-二氨基二苯砜的摩尔比＝1：1.0。
5.根据权利要求2所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲苯中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述添加剂为吡啶、三苯基膦、氯化锂中的一种或多种。
7.根据权利要求2-5任一项所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应的反应温度为80℃、140℃、170℃、200℃。
8.根据权利要求2-5任一项所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应的反应温度为80℃～200℃。
9.根据权利要求6所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应的反应时间为2～12小时。
10.权利要求1所述的含砜基结构聚酰胺酰亚胺在制备耐高温薄膜的应用。
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