一類高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料及其製備方法與流程
2023-05-21 20:39:11
本發明屬於聚醯亞胺高性能聚合物及其製備領域，特別涉及一類高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料及其製備方法。
背景技術：
聚醯亞胺是一類重要的芳香型聚合物，作為薄膜、纖維、泡沫等高性能材料在現代高科技領域中具有重要的應用價值。然而，由於聚合物分子鏈結構的剛性和結晶性，常規聚醯亞胺通常都難熔難溶，加工性能差，其薄膜和纖維都需要通過利用前驅體聚醯胺酸製備，再進一步醯亞胺化得到相應的聚醯亞胺薄膜和纖維，無法通過直接利用聚醯亞胺樹脂來製備薄膜和纖維，醯亞胺化後的製品難以二次加工和回收利用。此外，由於聚合物分子主鏈的高度芳香共軛性和分子鏈內電荷絡合轉移作用，聚醯亞胺薄膜通常顯示出深的顏色(棕色或者深黃色)和差的透明性，在可見光區域幾乎不透明。因此，設計開發具有可直接加工成膜和高光學透明性的新型聚醯亞胺膜材料具有重要的學術價值和實際應用價值。
本發明專利採用共縮聚改性，通過優化聚合物分子鏈結構，同時在聚醯亞胺分子結構中引入雙三氟甲基聯苯結構和二苯甲烷結構，製備得到了一類具有優異成膜性和高光學透明性的共聚型含氟聚醯亞胺膜材料，所制聚醯亞胺膜在微電子、光電子和太陽能電池襯底等領域具有潛在應用價值。
技術實現要素：
本發明的目的是為了改善常規聚醯亞胺難以直接加工成膜、顏色深、光學透明性差等缺陷，採用共縮聚改性，通過優化聚合物分子鏈結構，同時在聚醯亞胺分子結構中引入雙三氟甲基聯苯結構和二苯甲烷結構，設計開發了一類具有優異成膜性和高光學透明性的共聚型含氟聚醯亞胺膜材料及其製備方法。
本發明專利所報導的一類高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料，其結構式如下，
，其中n＝50～100，二胺結構單元中分別含有雙三氟甲基聯苯結構和二苯甲烷結構，二酐結構單元含有二苯醚結構；該類聚醯亞胺膜材料在微電子、光電子和太陽能電池襯底等領域具有潛在應用價值。
本發明提供了一種上述一類高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料的製備方法，具體步驟如下：在氮氣保護下，將x份含有雙三氟甲基結構的芳香二胺單體(0.2<x<1)、1-x份的非含氟芳香二胺單體及1份的二苯醚四酸二酐單體溶於有機溶劑中，加入一定量的催化劑，升溫至170-190℃，通過氮氣流帶水，攪拌反應8～12h後，結束反應，待反應體系降至室溫後，倒入醇類溶劑中分散沉降、過濾、乾燥，得到纖維狀的共聚型含氟聚醯亞胺樹脂。
將纖維狀共聚型含氟聚醯亞胺樹脂溶於有機溶劑中配成濃度為5～15wt％的聚合物溶液，在平板玻璃上塗膜，在烘箱中於一定溫度下乾燥24小時，即可得到高透明聚醯亞胺薄膜。
其中，所述的含有雙三氟甲基結構的芳香二胺單體為2,2』-雙三氟甲基-4,4』-二氨基聯苯，其結構式為：所述的非含氟芳香二胺單體為4,4』-二氨基二苯甲烷，其結構式為：
所述的聚合用有機溶劑為間甲酚，其用量是芳香二胺單體和二酐單體總質量的5～10倍；所述的催化劑為異喹啉，其用量為聚合溶劑質量的2～4％。
所述的制膜溶劑為氯仿、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種，其中用氯仿做溶劑時乾燥溫度為30℃，用N,N-二甲基乙醯胺或N-甲基吡咯烷酮做溶劑時，乾燥溫度為70℃。
本發明的高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料的具體合成製備路線如下：
本發明的有益效果是：
(1)本發明提供了一類高透明共聚型含氟聚醯亞胺膜材料及其製備方法，其合成製備路線簡單，原料成本低，聚合物分子結構單元中同時含有雙三氟甲基聯苯結構和二苯甲烷結構；
(2)該類共聚型含氟聚醯亞胺可直接加工成膜，在氯仿、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮中具有優異的溶解成膜性，可利用其聚合物溶液塗覆製備薄膜；
(3)該類共聚型含氟聚醯亞胺所制薄膜具有高的光學透明性和優良的耐熱性能，在微電子、光電子、太陽能電池襯底等高科技領域具有潛在應用價值。
附圖說明
圖1是共聚型含氟聚醯亞胺的1H NMR圖譜(其中雙三氟甲基聯苯結構和二苯甲烷結構的含量均為50％)。
具體實施方式
實施例1
(1)在通有氮氣的50ml乾燥圓底三口燒瓶中，分別加入0.9606g(3mmol)的2,2』-雙三氟甲基-4,4』-二氨基聯苯、0.5948g(3mmol)的4,4』-二氨基二苯甲烷和1.861g(6mmol)的二苯醚四酸二酐三種單體，再加入17.1g間甲酚作溶劑，室溫下攪拌溶解後，加入0.35g異喹啉作催化劑，升溫至170℃，通過氮氣流帶水攪拌反應12h後，將反應溶液倒入500ml乙醇中、過濾、乾燥，即得到纖維狀的共聚型含氟聚醯亞胺樹脂，產率98％。
(2)進一步將聚醯亞胺樹脂溶於氯仿溶液中，配成5wt％的聚合物溶液，將聚合物溶液塗膜在平板玻璃上，於烘箱中30℃下乾燥24h，即可得到高透明共聚型含氟聚醯亞胺薄膜樣品。
實施例2
(1)在通有氮氣的50ml乾燥圓底三口燒瓶中，分別加入1.2809g(4mmol)的2,2』-雙三氟甲基-4,4』-二氨基聯苯、0.3965g(2mmol)的4,4』-二氨基二苯甲烷和1.861g(6mmol)的二苯醚四酸二酐三種單體，再加入35.3g間甲酚作溶劑，室溫下攪拌反應溶解後，加入1.4g異喹啉作催化劑，升溫至190℃，通過氮氣流帶水攪拌反應8h後，將反應溶液倒入1000ml乙醇中、過濾、乾燥，即得到纖維狀的共聚型含氟聚醯亞胺樹脂，產率98％。
(2)進一步將聚醯亞胺樹脂溶於N,N-二甲基乙醯胺溶液中，配成10wt％的聚合物溶液，將聚合物溶液塗膜在平板玻璃上，於烘箱中70℃下乾燥24h，即可得到高透明聚醯亞胺薄膜樣品。