[發明專利]高分子量呋喃基芳香聚酰胺及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910484755.6
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN110256668B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 傅堯;李鋒;高敬民;朱俊;盛天然;李興龍;付明臣
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C08G69/40
• 分類號: C08G69/40;D01F6/60;C08J5/18;C08L77/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

本發明涉及一種高分子量呋喃基芳香聚酰胺，其衍生自包含取代或未取代呋喃二甲酸或其衍生物的二酸單體與包含取代或未取代4，4′?二氨基二苯醚或其衍生物的二胺單體，并且包含具有下式(I)的重復單元，其中R₁～R₁₀各自獨立地是H或C_1?6烷基。本發明的呋喃基芳香聚酰胺制備條件溫和且過程簡單。本發明提供的高分子量呋喃基芳香聚酰胺具有優異的熱力學性能和機械性能，可應用于制備纖維、膜材料、納米粒子/聚合物復合材料。

技術領域

本發明屬于聚酰胺及其制備領域，特別涉及一種高分子量呋喃基芳香聚酰胺及其制備方法和應用。

背景技術

聚酰胺具有力學性能優良、自潤性耐摩擦性好、耐熱溫度高、電氣絕緣性高等突出優點，在機械、汽車、電器、紡織器材、化工設備、航空、冶金等領域有著廣泛的應用，是一種大宗的工程塑料，對國民經濟、社會發展和國防安全都具有重要的意義。隨著社會發展，聚酰胺類化合物的需求量不斷快速增長。

相比石油基聚酰胺，呋喃基聚酰胺的單體2，5-呋喃二甲酸由源于可再生資源的生物質制得，與石油基原料相比CO₂氣體排放顯著降低，因此環境友好程度大大提高，也是美國能源部篩選出的十二種最有潛力的生物基平臺化合物之一。從結構性能的角度來看，呋喃二甲酸為五元芳香環，結構與熱學性能對苯二甲酸相似，但由于呋喃環具有氧原子，使其分子間氫鍵作用力降低，范德華力增強，由此溶解性及可加工性獲得明顯增強。另外，氧原子的引入使得呋喃基聚酰胺的著色性能大為增強，這特別有利于纖維領域的應用，這些特點使得呋喃基聚酰胺具有極佳的發展潛力與應用前景。

CN105801843A公開了一種半生物質呋喃基可溶性芳香聚酰胺及其制備方法和應用。盡管其中使用了可以來源于生物材料的呋喃二甲酸單體，然而，其中用于獲得該芳香聚酰胺的基本單體是呋喃二甲酸或其衍生物與對苯二胺，而且其合成中需要使用無機金屬鹽作為催化劑，而但無機金屬鹽如LiCl在反應體系中難以徹底除去，殘留的無機鹽會降低聚酰胺產物的機械性能和力學系能；同時，其合成方法需要在高溫90～130℃的溫度下分多步驟完成(即制備過程復雜)，并且所獲得的芳香聚酰胺的數均分子量較低(低于200000)。

CN104245793A公開了涉及包含呋喃基間位芳族聚酰胺的組合物和由其制得的制品及其制備方法。然而，其中用于獲得呋喃基聚酰胺聚合物的基本單體是呋喃二甲酸或其衍生物與間苯二胺，并且盡管其中提及所獲得的呋喃基聚酰胺聚合物的分子量可以很高，然而在其實施例中實際合成得到的聚合物的最高重均分子量也都在幾萬至十萬的較低范圍，并沒有實際獲得高于二十萬分子量的聚合物。而且，事實上，從該文獻的實施例2可以看到的，在合成其高重均分子量(為100994g/mol)的呋喃基聚酰胺聚合物的方法中，也需要使用無機金屬鹽如LiCl作為催化劑才能實現，因而其也存在上述的同樣問題，即無機金屬鹽如LiCl在反應體系中難以徹底除去，殘留的無機鹽會降低聚酰胺產物的機械性能和力學系能。

因此，本領域需要新型的更高分子量生物質呋喃基聚酰胺，同時該呋喃基聚酰胺聚合物能夠通過不使用常規的有害無機鹽催化劑的簡單方法合成。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種新型的高分子量(即分子量至少大于200000)呋喃基聚酰胺；本發明的另一目的是提供合成這樣的高分子量呋喃基聚酰胺的新方法，該方法能夠在低溫且沒有使用無機金屬鹽催化劑的情況下完成，反應過程簡單且易于工業化進行。

為此，在一個方面，本發明提供了一種高分子量呋喃基芳香聚酰胺，所述呋喃基芳香聚酰胺衍生自包含取代或未取代呋喃二甲酸或其衍生物的二酸單體與包含取代或未取代4，4′-二氨基二苯醚或其衍生物的二胺單體，并且因此包含具有下式(I)的重復單元：