製備高分子－無機複合材料的方法

2023-05-17 14:58:31 2

專利名稱：製備高分子－無機複合材料的方法
技術領域：
本發明涉及高分子-無機複合材料的製備方法。
高分子與無機複合材料的製備，大多數通過高分子材料成品與無機材料複合後製備。因高分子熔體(或溶液)通常粘度大、流動性差，使得複合不勻，且難以實現高比例無機材料的複合；高分子粉體通常韌性較好，顆粒較大，也難以與無機材料複合均勻。也有人嘗試用高分子單體與無機材料混合，然後進行高分子聚合、成型，製得高分子與無機複合材料。這種方法容易複合均勻，但通常在高分子聚合或成型中有小分子放出，因此複合材料中就會有空隙和氣泡，從而影響複合材料的性能。
鑑於上述，本發明的目的是提供一種能夠實現高分子與無機材料任意比例複合，且複合均勻，性能優良的製備高分子-無機複合材料的方法。
本發明提供的製備方法的關鍵是採用PMR工藝方法，即是聚醯亞胺加成型單體反應物聚合Polymerization of monomeri reactants工藝的方法，用PMR工藝方法製備高分子-無機複合材料，包括先用PMR型單體預聚反應生成聚醯胺酸預聚體，再進行亞胺化得到亞胺化預聚體(亞胺化粉末)，無機材料可以在上述各個階段或與PMR型單體或與亞胺化前的預聚體或與亞胺化後的預聚體複合，最後以加成反應熱聚合機理，成型為交聯的網狀結構高分子-無機複合材料。
PMR型單體是二胺基苯、四羧酸苯和封端基的混合物，如採用MDA(4，4』-二胺基二苯甲烷)、BTDE(3，3』-4，4』-苯酮四羧酸二甲酯)和NE(5-降冰片烯-2，3-二羧酸單甲酯)按3～3.5∶2～2.4∶2的摩爾比混合而成。
無機物材料可以是氮化鋁或氧化鋁或金屬粉末或其它無機粉末。
為實現本發明目的，採取的技術方案有方案1製備高分子-無機複合材料的方法包括以下步驟先將PMR型單體與無機物粉末均勻混合，然後真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，得PMR型單體與無機物粉末預聚體複合材料；再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，使複合材料亞胺化；最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
方案2
製備高分子-無機複合材料的方法包括以下步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，得到PMR預聚體粉末；然後與無機物粉末均勻混合，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得PMR型單體與無機物粉末亞胺化複合材料；最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
方案3製備高分子-無機複合材料的方法包括以下步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，使PMR型單體成預聚體，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得到亞胺化PMR粉末；然後將PMR型單體的亞胺化粉末與無機物粉末均勻混合，最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
方案4製備高分子-無機複合材料的方法包括以下步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，使PMR型單體成預聚體，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得到亞胺化PMR粉末；同時將無機物粉末與偶聯劑在偶聯劑的溶液中均勻混合，去處溶劑，得到無機物粉末和偶聯劑的均勻混合物。然後將PMR型單體的亞胺化粉末與無機物粉末和偶聯劑混合物均勻混合，最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。這裡，偶聯劑可以是矽烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑，應用了偶聯劑，可以優化高分子與無機材料的界面。
上述方案1製備方法的單體混合物為低粘度液體溶液，採用單體混合物與無機粉末混合，加工方便，容易混合均勻，且允許較大比例的無機材料混入。方案2、3、4製備方法採用預聚體粉末或亞胺化粉末與無機粉末混合，因預聚體粉末和亞胺化粉末都較脆、無粘性，可得到較細粉末，與無機材料可方便的均勻混合，且通過這種粉體混合，可以實現高分子與無機材料任意比例的複合。
通常，PMR型單體的用量為99～20(重量％)，無機物的用量為1.0～80(重量％)，偶聯劑用量為0～1.0(重量％)。
以下結合實例詳細說明實例1先將4，4』-二胺基二苯甲烷、3，3』-4，4』-苯酮四羧酸二甲酯和5-降冰片烯-2，3-二羧酸單甲酯按3.087∶2.087∶2摩爾比混合而成的PMR型單體稱量80(重量％)與稱量20(重量％)的氧化鋁粉末均勻混合，然後真空烘箱中140℃反應2小時，得PMR型單體與氧化鋁粉末預聚體複合材料；再在烘箱中200℃和245℃分別反應1小時，使複合材料亞胺化；最後315℃、1小時、180MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料，其空隙率＜1％。
實例2先將4，4』-二胺基二苯甲烷、3，3』-4，4』-苯酮四羧酸二甲酯和5-降冰片烯-2，3-二羧酸單甲酯按3.087∶2.087∶2摩爾比混合而成的PMR型單體在真空烘箱中1400C反應1小時，得到PMR預聚體粉末；然後準確稱量50(重量％)該粉末，將其與準確稱量50(重量％)的氮化鋁粉末均勻混合，再在烘箱中200℃和245℃分別反應1小時，得PMR型單體與氮化鋁粉末亞胺化複合材料；最後315℃、1小時、180MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料，其空隙率＜1％。
實例3將4，4』-二胺基二苯甲烷、3，3』-4，4』-苯酮四羧酸二甲酯和5-降冰片烯-2，3-二羧酸單甲酯按3.087∶2.087∶2摩爾比混合而成的PMR型單體在真空烘箱中140℃反應1小時，再在烘箱中200℃和240℃分別反應2小時和1小時，得到亞胺化PMR粉末，準確稱量20(重量％)該粉末，將其與準確稱量80(重量％)的氮化鋁粉末均勻混合，最後315℃、1小時、180MPa熱壓成型，得到交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料，其空隙率＜2％。
實例4將4，4』-二胺基二苯甲烷、3，3』-4，4』-苯酮四羧酸二甲酯和5-降冰片烯-2，3-二羧酸單甲酯按3.087∶2.087∶2摩爾比混合而成的PMR型單體在真空烘箱中140℃反應1小時，再在烘箱中200℃和240℃分別反應2小時和1小時，得到亞胺化PMR粉末；同時準確稱量98(重量％)的氮化鋁粉末，將其與準確稱量2(重量％)的H2N(CH2)3Si(OC2H5)3偶聯劑在其溶液中均勻混合，去處溶劑，得到氮化鋁粉末和偶聯劑的均勻混合物。然後準確稱量50(重量％)的亞胺化粉末與準確稱量50(重量％)的氮化鋁粉末和偶聯劑的混合物均勻混合，最後315℃、1小時、180MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。其空隙率＜1％。
本發明採用PMR型單體或預聚體與無機材料複合，複合均勻；且亞胺化後的預聚體為脆性粉末，能實現與無機粉末任意比例的複合；由於材料成型前複合物粘度低，能充分釋放預聚中放出的小分子，材料成型過程中沒有小分子放出，故複合材料中無空隙和氣泡，性能優良。
權利要求
1．製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是包括下述步驟先將PMR型單體與無機物粉末均勻混合，然後真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，得PMR型單體與無機物粉末預聚體複合材料；再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，使複合材料亞胺化；最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
2．按權利要求1所述的製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是所說的PMR型單體為二胺基苯、四羧酸苯和封端基的混合物，所說的無機物粉末為氮化鋁或氧化鋁或金屬粉末。
3．製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是包括下述步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，得到PMR預聚體粉末；然後與無機物粉末均勻混合，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得PMR型單體與無機物粉末亞胺化複合材料；最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
4．按權利要求3所述的製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是所說的PMR型單體為二胺基苯、四羧酸苯和封端基的混合物，所說的無機物粉末為氮化鋁或氧化鋁或金屬粉末。
5．製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是包括下述步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，使PMR型單體成預聚體，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得到亞胺化PMR粉末；然後將PMR型單體的亞胺化粉末與無機物粉末均勻混合，最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
6．按權利要求5所述的製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是所說的PMR型單體是二胺基苯、四羧酸苯和封端基的混合物，所說的無機物粉末為氮化鋁或氧化鋁或金屬粉末。
7．製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是包括下述步驟先將PMR型單體在真空烘箱中120～150℃反應0.5～2小時，使PMR型單體成預聚體，再在烘箱中180～210℃和230～250℃分別反應0.5～2小時，得到亞胺化PMR粉末；同時將無機物粉末與偶聯劑在偶聯劑的溶液中均勻混合，去處溶劑，得到無機物粉末和偶聯劑的均勻混合物，然後將PMR型單體的亞胺化粉末與無機物粉末和偶聯劑混合物均勻混合，最後300～320℃、0.25～4小時、10～400MPa熱壓成型，得交聯結構、形態穩定的高分子-無機複合材料。
8．按權利要求7所述的製備高分子-無機複合材料的方法，其特徵是所說的PMR型單體為二胺基苯、四羧酸苯和封端基的混合物，所說的無機物粉末為氮化鋁或氧化鋁或金屬粉末，所說的偶聯劑為矽烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑。
全文摘要
本發明公開了一種製備高分子－無機複合材料的方法。該方法包括先用PMR型單體預聚反應生成聚醯胺酸預聚體,再進行亞胺化得到亞胺化預聚體(亞胺化粉末),無機材料可以在上述各個階段或與PMR型單體或與亞胺化前的預聚體或與亞胺化後的預聚體複合,最後以加成反應熱聚合機理,成型為交聯的網狀結構高分子－無機複合材料。應用該方法能實現高分子與無機材料任意比例複合,且複合均勻,所得複合材料無空隙和氣泡,性能優良。
文檔編號C08L79/00GK1295096SQ9912323
公開日2001年5月16日 申請日期1999年11月5日 優先權日1999年11月5日
發明者益小蘇, 王家俊, 徐志康, 李居彪 申請人:浙江大學