[發明專利]一種含萘結構的聚酰亞胺納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610015861.6
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105601919B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉亦武;曾義;譚井華;柳俊杰;彭思梅;汪文濤;黃杰;陳洪
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J5/18;C08K3/34;C08K3/04;C08K3/26
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技術領域

本發明涉及材料科學領域，特別是一種含萘結構的聚酰亞胺納米復合材料及其制備方法和應用。

技術背景

具有優異阻隔性能的柔性聚合物薄膜在包裝與防護以及電子器件封裝等領域是十分重要的，尤其是在柔性有機電子器件領域，如有機電致發光器件(OLED)和聚合物太陽能電池(PSCs)。這是由于OLED和PSCs的性能、效率和使用壽命很大程度上取決于柔性聚合物薄膜即封裝材料的性能。為保證器件的正常使用，通常要求封裝材料具有極佳的阻隔性能、優異的耐熱性以及尺寸穩定性等。聚酰亞胺(PI)由于具有其它柔性聚合物材料所無法比擬優異性能，如突出的耐高溫和低溫性能；力學性能好、機械強度高；抗蠕變能力強，摩擦性能優良；獨特的光電性能、優異的絕緣性能；化學穩定性好、耐有機溶劑、耐輻射性、阻隔性能優良等，成為柔性聚合物封裝薄膜的最佳選擇之一。但其阻隔性能還不能滿足柔性有機電子器件的封裝要求，這使得提高聚酰亞胺的阻隔性能成為柔性有機電子器件等產業發展的一大挑戰。

根據相關的文獻報道，當聚合物分子鏈上具有平面性較好的基團時，其分子鏈堆砌更為緊密，從而能夠獲得更小的自由體積，以達到限制小分子的滲透，提高阻隔性能的目的。前期我們合成了若干含萘結構的高平面性二胺單體，利用這些新型的二胺單體與商業化的二酐聚合得到了具有優異阻隔性能的聚酰亞胺。另外，目前研究人員主要是通過在聚酰亞胺中引入層狀納米粒子，延長氣體分子在聚酰亞胺中的滲透路徑來提高阻隔性能，并取得了顯著成果(如專利CN104494249A、CN104817710A)。基于前面兩點，若在具有高平面性結構單元的聚酰亞胺中引入層狀納米粒子制備納米復合材料，高平面性的分子鏈段與層狀納米粒子之間可能會發生取向，使它們之間的堆砌可能更為緊密，從而獲得更為優異的阻隔性能。本技術通過在聚酰亞胺中引入具有平面性的萘環，提高分子鏈剛性和分子鏈堆砌效率，減小自由體積；并通過引入石墨烯、蒙脫土、云母片和水滑石等層狀納米粒子制備聚酰亞胺納米復合材料，延長氣體分子在基體中的滲透路徑，從而獲得一類綜合性能優異、阻隔性能出眾的高性能聚酰亞胺納米復合材料。然而，目前對于具有高平面性結構的高阻隔聚酰亞胺及其納米復合材料的研究還是較少，因此，有必要開展此類聚酰亞胺納米復合材料的研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種含萘結構的聚酰亞胺納米復合材料及其制備方法和應用。

本發明的技術方案如下：

一種含萘結構的聚酰亞胺納米復合材料的制備方法，其特征在于：采用具有高平面性含萘結構的芳香二胺、各種四酸二酐和層狀納米粒子為原料，二胺與二酐按摩爾比為1:(0.9～1.1)，層狀納米粒子的質量為二胺和二酐總質量的0.05～30％。

本發明的另外技術特征是：

專利中二胺的分子結構通式為：

其中Ar₁選自下列結構式中的任何一種：

其中Ar₂選自下列結構式中的任何一種：

其中，Ar₃選自下列結構式中的任何一種：

其中，Ar₄選自下列結構式中的任何一種：

其中，Ar₅選自下列結構式中的任何一種：

專利中二酐的分子結構式如下所示：

專利中層狀納米粒子可以為蒙脫土、石墨烯、云母片或水滑石，以及具有層狀結構的氮化硼、黑磷、氧化鐵、二氧化錳、三氧化鉬、三氧化鎢、五氧化二釩、二硫化鉬、二硫化鎢、二硫化鈦、二硫化釩、硒化鎵、二硒化鎢、二硒化鈦、硒化鉍、二碘化鉛、溴化鎂、二氯化鉬、氯化鉻、四氯化鉛、三氯化釕中的一種或多種混合物；

專利中強極性非質子有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、二甲基砜、環丁砜、1,4-二氧六環、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、間甲酚、四氫呋喃中的一種或一種以上的混合物；