[發明專利]一種含咔唑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: 201610016428.4
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105482116B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 劉亦武;黃杰;譚井華;柳俊杰;曾義;張海良;劉躍軍;向賢偉
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08K3/34;C08K3/04
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本發明公開的是一種含咔唑結構的聚酰亞胺納米復合材料及其制備方法和應用。此復合材料采用具有高平面性含咔唑結構的芳香二胺、各種四酸二酐和層狀納米粒子為原料。在氬氣氣氛中，將層狀納米粒子分散在強極性非質子有機溶劑中，再將二胺與二酐加入分散液中，攪拌反應得到聚酰胺酸復合膠液，或者，分散層狀納米粒子的同時將二胺與二酐在另一容器中制備聚酰胺酸膠液，再將納米粒子分散液和聚酰胺酸膠液混合得到復合膠液，最后對聚酰胺酸進行脫水得到聚酰亞胺納米復合材料。此類聚酰亞胺的分子鏈具有較好的平面性和剛性，再與層狀納米粒子復合所制備的復合材料具有優異的熱穩定性和阻隔性能，可廣泛應用于高阻隔包裝與器件封裝等領域。

技術領域

本發明涉及材料科學領域，特別是一種含咔唑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

聚酰亞胺由于其主鏈上含有酰亞胺環，具有優異的熱性能，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，具有其他工程塑料無法比擬的綜合性能，如機械強度高、耐高低溫性好、介電性優異、成膜性能好等，被廣泛應用于微電子、軍工、航空航天、高性能包裝與防護以及電子器件封裝等高新技術產業領域。

隨著科技的不斷發展，有的應用領域不僅要求聚酰亞胺具有較好的熱性能，還需要其具有較好的阻隔性能，例如OLED器件的襯底材料和封裝材料。根據相關的文獻報道，聚合物分子鏈的平面性越好，其阻隔性能越好，因為聚合物鏈段平面性越高，堆砌密度越大，自由體積越小，從而能夠有效提高阻隔性能。前期我們合成了若干含咔唑結構的高平面性的二胺單體，利用這些新型的二胺單體與商業化的二酐聚合所得到的聚酰亞胺具有優異的阻隔性能。另外，已有大量文獻報道了層狀納米粒子添加到聚合物中所制備的納米復合材料相對于純聚合物基材，其阻隔性能有較大的提高。目前，已有一些普通的聚酰亞胺與層狀納米粒子復合制備納米復合材料，利用不可滲透且具有大的長徑比的層狀結構納米粒子(如石墨烯、納米粘土、碳納米管、層狀雙羥基復合金屬氧化物和納米微晶纖維素等)通過插層復合法、原位聚合法或溶膠-凝膠法制備的納米復合材料。層狀結構納米粒子的加入這不僅可以降低體系中聚合物基體的體積分數，以降低滲透分子的溶解度，還能夠延長滲透分子的滲透路徑，降低滲透分子的擴散速率，使阻隔性能得到改進。例如Yousefi N[Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2013,49:42-50]和Etmimi HM[European Polymer Journal,2013,49(11):3460-3470]，文中都以石墨烯做為層狀結構納米粒子，研究發現，納米復合材料薄膜的阻隔性能隨著石墨烯含量的增加而提高?；谇懊鎯牲c，若在高平面性聚酰亞胺中引入層狀納米粒子制備納米復合材料，一方面，高平面性的分子鏈段堆砌更緊密；另一方面，層狀納米粒子的加入延長了滲透分子的路徑，這兩方面因素的協同作用使得復合材料的阻隔性能更優，高平面性的分子鏈段與層狀納米粒子組合相對于普通聚合物納米復合材料，它們之間的堆砌可能更為緊密，阻隔性能更好。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，有必要開展此類高阻隔性能的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咔唑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：

一種含咔唑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咔唑結構的芳香二胺、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)，片層結構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：