【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚酰亚胺，尤其涉及一种聚酰亚胺的高性能制备方法及应用。
技术介绍
1、聚酰亚胺具有优异的耐热、力学、绝缘等性能，是实际应用中耐温等级最高的特种高分子材料之一，在众多极端环境领域发挥着不可替代的作用，广泛应用于航空、航天、电气、电子及微电子等领域，被誉为“解决问题的能手”。聚酰亚胺的制备过程通常分为两步：二胺与二酐单体聚合反应生成聚酰胺酸，后经亚胺化反应完成脱水闭环得到聚酰亚胺。根据亚胺化方式不同，可大致分为化学亚胺化法和热亚胺化法，两种方法的工艺条件和适用范围有显著区别。①化学亚胺化法：通过在聚酰胺酸中加入化学脱水剂、催化助剂完成亚胺化反应，该方法针对良好可溶性的聚酰亚胺体系，无法适用更广泛的非可溶性体系；②热亚胺化法：不借助外部亚胺化助剂，通过高温热处理完成亚胺化反应，该方法对最终产物的溶解性没有要求，适用于所有结构类型的聚酰亚胺体系。
2、热亚胺化法的适用性广、工艺条件简单，被广泛用于各类聚酰亚胺材料的加工制备，特别是应用最广泛的均苯型与联苯型非可溶性体系。以聚酰亚胺薄膜为例，通常先将聚酰胺酸溶液旋涂或流延涂布成湿膜，预烘后再逐步升温完成高温亚胺化反应。为实现聚酰胺酸完全亚胺化，热亚胺化法的制备温度理论上应高于聚酰亚胺的玻璃化转变温度，刚性结构体系往往需到350℃甚至400℃以上。如此高的亚胺化温度带来了诸多挑战，最为突出的问题是高温亚胺化过程中带来诸多副反应，包括聚酰胺酸的受热逆解聚反应导致分子量降低、胺基与羧基发生酰胺反应导致多支化结构、分子间脱水反应形成交联结构等，严重影响聚酰亚胺材料最终的性
技术实现思路
1、鉴于上述分析，本专利技术旨在提供一种简便且普适性强的聚酰亚胺的高性能制备方法与应用，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有技术采用热亚胺化法制备聚酰亚胺过程中副反应多、难以实现高性能化制备；(2)现有的化学亚胺化法针对良好可溶性的聚酰亚胺体系，无法适用更广泛的非可溶性体系，且操作过程较为繁琐，应用受到极大限制；(3)已有的高温亚胺化工艺条件在制备玻璃化转变温度(tg)大于400℃的耐高温聚酰亚胺时，过高的亚胺化温度严重影响光学透明性，并导致薄膜的颜色加深，难以实现高耐热和高透明的兼具。
2、本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种聚酰亚胺的高性能制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1：二胺单体与二酐单体反应，得到聚酰胺酸溶液；
5、步骤2：加入化学催化剂，聚酰胺酸溶液完成部分亚胺化反应；
6、步骤3：加入端基助剂，溶液涂膜，升温、保温，完成亚胺化反应；
7、步骤4：高温处理，得到高性能聚酰亚胺；
8、步骤2和步骤3中，亚胺化反应温度为250℃以下。
9、可选地，步骤2中，反应温度为40～130℃，聚酰胺酸的亚胺化反应程度为20％～70％。
10、可选地，步骤3中，升温温度为150～250℃，聚酰胺酸的亚胺化反应程度为85％～100％。
11、可选地，步骤2中，化学催化剂为含氮原子的碱性催化剂。
12、可选地，化学催化剂为咪唑类、喹啉类、吡啶类亚胺型化合物，或者哌啶类、哌嗪类、烷基类三级胺型化合物中的一种或多种。
13、可选地，步骤3中，端基助剂为单官能团酸酐类化合物，包括邻苯二甲酸酐、3-氟邻苯二甲酸酐、4-氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6-四氟邻苯二甲酸酐、萘二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐、氢化甲基纳迪克酸酐、顺丁烯二酸酐、二甲基顺丁烯二酸酐、乙酸酐、三氟乙酸酐、丙酸酐、丁二酸酐的一种或多种。
14、可选地，步骤1中，二胺单体包括2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2'-二甲氧基-4,4'-二氨基联苯、1,4-环己二胺、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4'-二氨基二苯砜、3,4'-二氨基二苯砜、2,2'-二(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2-双[3-(3-氨基苯甲酰氨基)-4-羟基苯基]六氟丙烷、2,2-双[1-(4-氨基苯甲酰)-4-氨基苯基]六氟丙烷、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、9,9-二(4-氨基苯基)芴、9,9-二(3-氟-4-氨基苯基)芴、4-氨基苯甲酸-4'-氨基苯酯、[4-(4-氨基苯甲酰基)氧苯基]4-氨基苯甲酸酯、4,4'-二氨基苯酰替苯胺、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-双(4-胺苯羰胺基)联苯、2,2'-二(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯酰替苯胺、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并恶唑、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和9,9-二甲基芴-2,7-二胺中的至少一种。
15、可选地，步骤1中，二酐单体包括1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、2,3,6,7-萘四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,3',4,4'-二苯酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯砜四甲酸二酐、9,9-双(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四甲酸二酐、1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、双环己基-3,4,3',4'-四酸二酐、2,5,7,10-氢化萘四甲酸二酐、双环[2.2.2]辛-2,3,5,6-四甲酸二酐、4,4-六氟异丙基邻苯二甲酸酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐、环戊酮双螺降冰片烷二酐、9,9-双(3,4-二羧基苯基)芴二酸酐、n-[4-[4-[(1,3-二氧-2-苯并呋喃-5-羰基)氨基]-2-(三氟甲基)苯基]-3-(三氟甲基)苯基]-1,3-二氧-2-苯并呋喃-5-甲酰胺、1,4-亚苯基-双苯偏三酸酯二酐和3,3',4,4'-二苯甲酸对苯二酰胺四甲酸二酐中的至少一种。
16、可选地，步骤3中，保温时间为0.5～6小时。
17、可选地，步骤1中，二胺单体与二酐单体的摩尔比为1：(0.95～0.99)。
18、可选地，步骤2中，化学催化剂与二胺单体的摩尔比为(0.2～2)：1。
19、可选地，步骤3中，端基助剂与二胺单体的摩尔比为(0.05～0.60)：1。
20、可选地，步骤4中，高温处理的温度为380～450℃，高温处理时间为20min～4h。
21、第二方面，本专利技术还提供了一种上述的制备方法在电气、电子、微电子、显示、通信领域的应用。
22、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
23、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚酰亚胺的高性能制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，反应温度为40～130℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，升温温度为150～250℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤2中，化学催化剂为含氮原子的碱性催化剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，化学催化剂为咪唑类、喹啉类、吡啶类亚胺型化合物，或者哌啶类、哌嗪类、烷基类三级胺型化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，端基助剂为单官能团酸酐类化合物，包括邻苯二甲酸酐、3-氟邻苯二甲酸酐、4-氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6-四氟邻苯二甲酸酐、萘二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐、氢化甲基纳迪克酸酐、顺丁烯二酸酐、二甲基顺丁烯二酸酐、乙酸酐、三氟乙酸酐、丙酸酐、丁二酸酐的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1中，二酐单体包括1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、2,3,6,7-萘四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,3',4,4'-二苯酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯砜四甲酸二酐、9,9-双(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四甲酸二酐、1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、双环己基-3,4,3',4'-四酸二酐、2,5,7,10-氢化萘四甲酸二酐、双环[2.2.2]辛-2,3,5,6-四甲酸二酐、4,4-六氟异丙基邻苯二甲酸酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐、环戊酮双螺降冰片烷二酐、9,9-双(3,4-二羧基苯基)芴二酸酐、N-[4-[4-[(1,3-二氧-2-苯并呋喃-5-羰基)氨基]-2-(三氟甲基)苯基]-3-(三氟甲基)苯基]-1,3-二氧-2-苯并呋喃-5-甲酰胺、1,4-亚苯基-双苯偏三酸酯二酐和3,3',4,4'-二苯甲酸对苯二酰胺四甲酸二酐中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，高温处理的温度为380～450℃。
10.一种权利要求1至9任一项所述的方法在电气、电子、微电子、显示、通信领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺的高性能制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，反应温度为40～130℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，升温温度为150～250℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤2中，化学催化剂为含氮原子的碱性催化剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，化学催化剂为咪唑类、喹啉类、吡啶类亚胺型化合物，或者哌啶类、哌嗪类、烷基类三级胺型化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，端基助剂为单官能团酸酐类化合物，包括邻苯二甲酸酐、3-氟邻苯二甲酸酐、4-氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6-四氟邻苯二甲酸酐、萘二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐、氢化甲基纳迪克酸酐、顺丁烯二酸酐、二甲基顺丁烯二酸酐、乙酸酐、三氟乙酸酐、丙酸酐、丁二酸酐的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，二胺单体包括2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2'-二甲氧基-4,4'-二氨基联苯、1,4-环己二胺、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4'-二氨基二苯砜、3,4'-二氨基二苯砜、2,2'-二(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2-双[3-(3-氨基苯甲酰氨基)-4-羟基苯基]六氟丙烷、2,2-双[1-(4-氨基苯甲酰)-4-氨基苯基]六氟丙烷、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、9,9-二(4-氨基...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟磊，范琳，莫松，何民辉，刘仪，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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