[發明專利]一種含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210281018.4
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102757560A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 張藝;劉亦武;許家瑞;蘭麒;劉四委;池振國
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J5/18;C08L79/08;C09K11/06
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 周端儀

技術領域

本發明涉及材料科學領域，特別是一種新型的含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺材料及其制備方法和應用。

技術背景

聚酰亞胺是目前已經工業化的工程塑料中耐熱性能最好的品種之一，具有其他材料無法比擬的突出性能，如機械強度高、耐高低溫性好、介電性優異、成膜性能好等等。自六十年代美國的杜邦公司開發產業化以來，它已在各個領域得到應用，尤其在航天、航空、微電子和軍工領域應用更多。由于聚酰亞胺一般不溶于有機溶劑，所以，通常用溶解性良好的前軀體聚酰胺酸來進行加工，然后再進行脫水閉環的亞胺化處理獲得聚酰亞胺。但是，聚酰胺酸對水份較為敏感，不能長期儲存；且亞胺化后的聚酰亞胺表現為不溶不熔的特點，這些都在某些程度上限制了它的應用。另一方面，隨著微電子科技的發展，電子元器件的“輕、薄、短、小”化發展對材料提出了更高的要求，相比無機材料，高性能聚酰亞胺材料由于其低成本、輕質高強、優良的成膜性、優異的綜合性能以及結構柔韌性、可三維堆集等優點，在現代微電子領域顯示出突出的應用前景；特別是其具有優異的結構可設計性，可通過共聚單體的結構設計，引入功能性基團，賦予聚酰亞胺一定的光電性能，因此，開發具有良好加工性能的新型高性能、功能化聚酰亞胺逐漸成為聚酰亞胺研究的重要組成部分和研究方向。

到目前為止，解決聚酰亞胺可溶性的途徑主要有三種：（1）采用含氟單體來合成含氟聚酰亞胺；（2）采用具有大空間位阻基團的單體合成聚酰亞胺，破壞主鏈的剛直鏈結構和分子間的相互作用力；（3）采用脂環族單體合成半芳香族或非芳香族聚酰亞胺。第一種方法由于含氟單體價格高，所以限制了應用面；第三種方法品種少，價格也貴，耐熱性有所降低；第二種方法單體易得，價格適中，制品性能可達到預期目標，因此目前被普遍采用。如專利CN200910216217.5、CN200910049450.9、CN02111080.8等。然而，所涉及到的二胺單體都不具備大共軛的空間結構，并且沒有聚集誘導發光的性能。

功能化聚酰亞胺的研究近幾年開始得到人們的重視。國內四川大學顧宜教授課題組較早開展聚酰亞胺側鏈功能化的研究（如中國專利CN1218999C、CN1164715C等），制備可加工性強、高強、高模、高尺寸穩定性的聚酰亞胺薄膜。最近兩年基于含三苯胺結構的可溶性功能化聚酰亞胺由于其所具有的獨特電阻開關效應，在聚合物存儲材料的應用中顯示出誘人的應用前景，引起了這一領域研究人員的重視，該體系研究的重點在于含三苯胺結構二胺單體的設計合成，然而，目前其品種還比較單一，且性能有待進一步的改善，因此有必要開展新型功能性二胺單體的設計合成研究。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺，其具有耐高溫、光致發光、電致變色、低介電常數等特征。

本發明的另一目的在于提供上述含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺，其結構通式為：

其中：n≥5，m≥0，Z為脂肪或者芳香二胺的二元殘基，Y為以下結構通式中的一種或一種以上：

其中，Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄、Ar₅和Ar₆選自下列結構式中的任何一種：

X₁和X₂可相同或不同，為四價芳香族烴基，包括但不限于以下結構通式中的一種或一種以上：

上述含咔唑結構的可溶性功能聚酰亞胺的制備方法，該制備方法為：氬氣氣氛中，將含Y結構的二胺單體與含X₁結構的二酐單體按摩爾比為1:(0.9~1.1)溶在強極性非質子有機溶劑中，在-10~40℃攪拌反應0.5~72h，得到均相、粘稠的聚酰胺酸溶液，然后對聚酰胺酸溶液進行脫水，得到m=0的可溶性聚酰亞胺；或者，以含Z結構的脂肪或二胺單體部分取代含Y結構的二胺單體，得到m＞0、X1=X₂的可溶性聚酰亞胺；或者，以含Z結構的脂肪或二胺單體部分代替含Y結構的二胺單體，以含X₂結構的二酐單體部分代替含X₁結構的二酐單體得到m＞0、X1≠X₂的可溶性聚酰亞胺。