[發明專利]一種含金剛烷基團的聚芳酰胺材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110209653.0
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN113307967A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 沈志豪;湯哲浩;許治平;屠佳;張奇;丁麗娜;范星河
• 申請（專利權）人: 北京大學;南京清研新材料研究院有限公司
• 主分類號: C08G69/32
• 分類號: C08G69/32;C08G69/28;C08L77/10;C08J5/18;D01F6/80
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種含金剛烷基團的聚芳酰胺材料及其制備方法和應用。本發明在傳統聚芳酰胺出色的力學性能、耐溶劑性、阻燃性和耐熱性的基礎上，在主鏈芳環上引入了金剛烷這一大體積脂肪族籠狀基團，降低了分子間作用力，增加了分子間距離，降低了結晶性能，從而增大了聚合物鏈的自由體積，能夠改善聚芳酰胺的溶解性，使其更易于加工成型，同時降低了聚芳酰胺材料的介電常數。本發明通過低溫預聚的方法制備所述聚芳酰胺材料，操作簡單，條件溫和，單體合成簡便，易于大規模生產，在介電絕緣層材料、通訊天線包覆材料、5G基站包覆及防護材料等低介電材料方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及聚芳酰胺材料，尤其涉及一種含有金剛烷基團的聚芳酰胺材料，主要應用于介電絕緣層材料、通訊天線包覆材料、高性能纖維等方面，屬于材料化學領域。

背景技術

隨著通訊行業的快速發展，5G時代已經逐漸來臨。5G通訊采用毫米波波段，由于電磁波的波長越短，繞射能力越差，傳播過程中的衰減也逐漸增大。根據麥克斯韋方程組及其推導可以得知，材料的介電常數值越高，電磁信號傳輸速度越小，延遲越顯著，損失越高。為了改善5G通訊的信號傳輸速度、信號延遲、信號損失等方面，需要開發具有較低介電常數的新型材料。

聚芳酰胺是一種由芳香族二胺和二酸反應縮聚而成的高性能聚合物，由于分子間氫鍵以及主鏈芳香族的剛性結構，其具有出色的力學性能、耐溶劑性、阻燃性和耐熱性，被廣泛應用于高性能纖維、大規模集成電路中的介電絕緣層等領域。但是傳統使用的聚芳酰胺類材料的介電常數通常在3以上，對于信號的阻礙能力較強，在應用于通信及集成電路中時會有較大影響。因此，需要在保證材料性能的基礎上，進一步降低其介電常數，使其能夠更好地應用于絕緣材料中。

通過對聚合物結構的調控能夠實現其介電常數的降低。介電常數與聚合物分子本身的極性有關，簡單而言，向聚芳酰胺類材料結構中引入低極化率、大體積的脂肪族結構單元能夠有效降低其介電常數。金剛烷是一類具有較大體積的脂肪族籠狀分子，其具有較低的極化率，其自身便是較低介電常數的材料。將其引入到聚芳酰胺分子鏈中，理論上能夠通過降低分子間作用力、增加分子間距離、降低結晶性能來增大聚合物鏈的自由體積，從而實現介電常數的降低。

發明內容

本發明旨在開發一種新型聚芳酰胺材料，主要通過修飾聚芳酰胺化學結構、向其主鏈上引入金剛烷衍生物來實現。引入大體積的脂肪族籠狀分子金剛烷，能夠降低聚合物鏈間作用力、增加分子間距離、增大聚合物鏈的自由體積，從而降低其介電常數。同時，由于大體積側基的引入，還能夠增加聚芳酰胺的溶解性，改善其加工性能。該新型聚芳酰胺材料在介電絕緣層材料、通訊天線包覆材料、5G基站包覆及防護材料等方面具有廣闊的應用前景。

具體而言，本發明采用了調控修飾聚合物化學結構的新方法，對聚合物化學組成進行了改進。聚芳酰胺由含有所需結構單元的芳香族二酸和芳香族二胺反應聚合而成，通過對二胺和二酸的結構進行修飾，能夠控制最終聚合得到的材料的性質，從而滿足特定的功能。主要考慮向其分子結構引入低極化率基團或者大體積脂肪族基團。這些基團的引入，能夠降低分子的極性，同時增加分子鏈的自由體積，降低分子鏈堆砌能力，從而有望得到具有較低介電常數的聚芳酰胺。更重要的是，傳統的聚芳酰胺由于分子間相互作用較強，分子鏈剛性很高，雖然這些作用力賦予了其出色的綜合性能，但是也導致其溶解性差、玻璃化溫度較高等問題，對成型加工帶來困難。通過在苯環側基引入大體積取代基能夠破壞分子鏈緊密堆積結構，改善溶解性和加工性能。因此，本發明所述的含金剛烷基團的聚芳酰胺在聚合物加工性能上也有較大的提升與改善。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

一種含金剛烷基團的聚芳酰胺材料，由式I所示的共聚單體單元組成：

式I中，Ar₁選自中的一種或多種；Ar₂選自中的一種或多種；n為50-1000之間的整數。