一、技术领域：
本发明属于特种工程塑料及其制备领域，特别是涉及一种共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法。
二、
背景技术：
：
聚酰亚胺材料是过去数十年应用非常成功的一类高性能聚合物，由于聚酰亚胺综合性能优异，使得其在许多高技术领域得到很好地应用。根据结构特点可将聚酰亚胺分为热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺，热塑性聚酰亚胺为线型结构，分子链较长，表现出很高的熔体粘度及很差的溶解能力，难以加工成型。热固性聚酰亚胺交联前是含有活性封端基团的低分子量预聚体，分子链作用力弱、不易缠结，表现出较低的熔体粘度和较高的溶解度，易于加工成型，同时交联固化后为网状立体结构，表现出高的玻璃化转变温度和良好的机械性能。另外，采用苯乙炔苯酐基团作为封端剂优势明显：(1)加工温度350℃较高，具有宽的加工窗口；(2)热固化过程没有小分子副产物生成；(3)交联前易于加工，交联后具有高的热性能和机械性能。苯乙炔苯酐在高温交联固化过程中主要有多烯结构和环状烯烃结构的形成，固化机理较为复杂，目前尚无定论。美国国家航空航天局机构、日本横田力男及中科院长春应化所等科研单位在苯乙炔苯酐封端的热固性聚酰亚胺领域作了系统、深入的研究。一直以来，研究工作者不断对聚酰亚胺的性能和应用进行改造，不但希望从合成方法，而且希望从原料单体来源及产品工艺方面进行改进，以制备性能优异、成本价格可接受的产品。
三、
技术实现要素：
：
本发明要解决的技术问题是：在现有聚酰亚胺材料研究发展的基础上，本发明提供一种共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法。本发明将均苯四甲酸二酐(pmda)和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐(a-odpa)作为共聚的两种二酐单体，与带有醚键的二氨基二苯醚进行聚合反应，以4-苯乙炔苯酐作为封端剂，采用高温热亚胺化或化学亚胺化的方法合成了一定分子量的热固性聚酰亚胺预聚体，经过高温固化交联后得到交联状聚酰亚胺材料。本发明材料可经过模压制备成耐高温轴承、机械零部件及管材、棒材等特种型材。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提供一种共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、首先将有机溶剂加入到反应容器中，然后加入二氨基二苯醚进行充分溶解；所述有机溶剂加入的质量为二氨基二苯醚质量的0.5～10倍；
b、待步骤a中二氨基二苯醚完全溶解后，加入均苯四甲酸二酐pmda和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及有机溶剂，加入后在室温条件下进行反应，反应时间为1～10h；
所述有机溶剂加入的质量为均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总质量的0.5～10倍；
c、步骤b反应结束后加入封端剂4-苯乙炔苯酐和有机溶剂，控制溶液的固含量为10～50％，继续在室温条件下搅拌反应5～24h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
所述二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量以及封端剂三者之间加入量的摩尔比为n 1：n：2，其中n为3～30的整数；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液加热升温进行热亚胺化脱水反应，反应后得到悬浊液，将所得悬浊液采用去离子水进行洗涤，洗涤后所得产品进行烘干、粉碎，得到产品聚酰亚胺预聚体即共聚改性热固性聚酰亚胺材料；
或者，将步骤c所得聚酰胺酸溶液中加入催化剂和脱水剂进行化学亚胺化反应；反应后将所得溶液采用蒸馏水进行洗涤，洗涤至过滤出水的ph值为7，洗涤后所得产品进行烘干、粉碎，最后得到产品聚酰亚胺预聚体即共聚改性热固性聚酰亚胺材料。
根据上述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，步骤a中所述二氨基二苯醚为4,4'-二氨基二苯醚或3,4'-二氨基二苯醚或二者的混合物。
根据上述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，步骤a、b和c中所述有机溶剂均为n-甲基吡咯烷酮nmp、n，n-二甲基乙酰胺dmac、n，n-二甲基甲酰胺dmf、二甲基亚砜dmso或1,4-二氧六环。
根据上述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，步骤d中所述脱水剂为三氟乙酸酐、乙酸酐和氯化亚砜中至少一种；所述催化剂为三乙胺或吡啶或三乙胺和吡啶两种的混合物。
根据上述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，步骤d中所述脱水剂的加入量为二氨基二苯醚物质的量的1～8倍；所述催化剂的加入量为二氨基二苯醚物质的量的1～8倍。
根据上述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，步骤d中所述热亚胺化反应是在100～220℃进行加热脱水反应2～20h。
本发明的积极有益效果：
1、本发明以单体均苯四甲酸二酐(pmda)和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐(a-odpa)共聚合成制备得到热固性聚酰亚胺材料。其中原料pmda易得、价格便宜，二氨基二苯醚也价格低廉，使制备的聚酰亚胺产品成本降低，从而提高产品的市场竞争力；pmda主链为刚性苯环结构，可赋予本发明产品聚酰亚胺材料较高的玻璃化转变温度和高的热分解温度。
2、本发明技术方案中采用带有醚键且异构的a-odpa可使得制备所得产品聚酰亚胺预聚体具有更为弯曲的结构，能破坏其链段的大π键结构，可阻碍分子链段的紧密堆砌，使预聚体具有较低的熔体粘度，主链中不易旋转的构象也会增大链段的空间位阻，从而提高固化后树脂的玻璃化温度。
3、本发明技术方案中采用均苯四甲酸二酐(pmda)和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐(a-odpa)这两种二酐共聚可平衡热固性聚酰亚胺的市场成本、熔融加工性及耐温性。
四、附图说明：
图1实施例1中制备得到的热固性聚酰亚胺预聚体产品的红外光谱图。
由图1可以看出：波数2213cm-1为交联基团苯乙炔基的特征吸收峰，1777cm-1和1720cm-1为酰亚胺基团羰基吸收峰，1595cm-1对应于苯环的特征峰，1375cm-1为酰亚胺环c-n伸展峰，743cm-1为酰亚胺环上c＝o弯曲振动吸收峰。由此表明了本发明制备得到了共聚改性热固性聚酰亚胺预聚体。
图2实施例1中制备得到的热固性聚酰亚胺预聚体的两次差示扫描量热分析图谱(dsc)。
由图2可以看出：在第一次升温扫描过程中，预聚体先在174℃出现玻璃化转变温度，预聚体开始软化，然后到350℃左右开始出现固化放热峰，体系开始形成交联的网络结构。在第二次升温扫描过程中，样品的曲线并没有出现交联放热峰，说明在第一次升温扫描过程中，预聚体体系固化完全，固化后的热固性聚酰亚胺材料在251℃出现了玻璃化转变温度。
五、具体实施方式：
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明技术方案保护的范围。同理应理解在阅读了本发明保护的技术方案之后，本领域技术人员可以对本发明作各种常规改动或修改，这些惯用手段的修改形式同样落于本发明技术方案所保护的范围之内。
实施例1：
本发明共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在氮气的保护下，将30gn-甲基吡咯烷酮nmp加入到带有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，然后加入3,4'-二氨基二苯醚10g进行搅拌充分溶解；
b、待步骤a中3,4'-二氨基二苯醚完全溶解后，加入4.36g均苯四甲酸二酐pmda和6.2g2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及30gn-甲基吡咯烷酮nmp，然后在室温条件下进行反应，反应时间为6h；
c、步骤b反应结束后，加入封端剂4-苯乙炔苯酐4.96g和n-甲基吡咯烷酮nmp，控制溶液的固含量为20％，继续在室温条件下搅拌反应24h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液加热升温至190℃进行脱水反应，反应时间为8h，反应后得到悬浊液，将所得悬浊液采用600ml去离子水洗涤3次，洗涤后所得产品置于真空烘箱中分别在80℃和150℃下充分烘干并粉碎，最终得到黄色粉末状的聚酰亚胺预聚体22.56g，产率为95.1％，所得聚合物的聚合度为4。本实施例制备得到的热固性聚酰亚胺预聚体产品的红外光谱图详见附图1、两次差示扫描量热分析图谱(dsc)详见附图2。
本实施例中均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量、3,4'-二氨基二苯醚以及4-苯乙炔苯酐三者之间加入量的摩尔比为4：5：2。
实施例2：
本发明共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在氮气的保护下，将30gn-甲基吡咯烷酮nmp加入到带有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，然后加入4,4'-二氨基二苯醚10g进行搅拌充分溶解；
b、待步骤a中4,4'-二氨基二苯醚完全溶解后，加入4.36g均苯四甲酸二酐pmda和6.2g2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及30gn-甲基吡咯烷酮nmp，然后在室温条件下进行反应，反应时间为5h；
c、步骤b反应结束后，加入封端剂4-苯乙炔苯酐4.96g和n-甲基吡咯烷酮nmp，控制溶液的固含量为20％，继续在室温条件下搅拌反应10h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液中加入催化剂三乙胺10.1g和脱水剂乙酸酐10.2g，在室温下进行化学亚胺化反应10h；反应后将所得溶液采用800ml蒸馏水洗涤5次，洗涤至过滤出水的ph值为7，洗涤后将所得产品置于150℃真空烘箱中进行充分烘干，烘干后进行粉碎，最终得到灰白色粉末状的聚酰亚胺预聚体22.75g，产率为95.9％，聚合物的聚合度为4。
本实施例中均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量、4,4'-二氨基二苯醚以及4-苯乙炔苯酐三者之间加入量的摩尔比为4：5：2。
实施例3：
本发明共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在氮气的保护下，将30gn-甲基吡咯烷酮nmp加入到带有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，然后加入3,4'-二氨基二苯醚10g进行搅拌充分溶解；
b、待步骤a中3,4'-二氨基二苯醚完全溶解后，加入2.18g均苯四甲酸二酐pmda和9.3g2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及30gn-甲基吡咯烷酮nmp，然后在室温条件下进行反应，反应时间为6h；
c、步骤b反应结束后，加入封端剂4-苯乙炔苯酐4.96g和n-甲基吡咯烷酮nmp，控制溶液的固含量为20％，继续在室温条件下搅拌反应24h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液加热升温至190℃进行反应，反应时间为8h，反应后得到悬浊液，将所得悬浊液采用600ml去离子水洗涤3次，洗涤后所得产品置于真空烘箱中分别在80℃和150℃下充分烘干并粉碎，最终得到黄色粉末状的聚酰亚胺预聚体23.77g，产率为96.5％，所得聚合物的聚合度为4。
本实施例中均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量、3,4'-二氨基二苯醚以及4-苯乙炔苯酐三者之间加入量的摩尔比为4：5：2。
实施例4：
本发明共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在氮气的保护下，将30gn-甲基吡咯烷酮nmp加入到带有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，然后加入3,4'-二氨基二苯醚14g进行搅拌充分溶解；
b、待步骤a中3,4'-二氨基二苯醚完全溶解后，加入6.54g均苯四甲酸二酐pmda和9.3g2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及30gn-甲基吡咯烷酮nmp，然后在室温条件下进行反应，反应时间为6h；
c、步骤b反应结束后，加入封端剂4-苯乙炔苯酐4.96g和n-甲基吡咯烷酮nmp，控制溶液的固含量为20％，继续在室温条件下搅拌反应24h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液加热升温至190℃进行反应，反应时间为8h，反应后得到悬浊液，将所得悬浊液采用800ml去离子水洗涤3次，洗涤后所得产品置于真空烘箱中分别在80℃和150℃下充分烘干并粉碎，最终得到黄色粉末状的聚酰亚胺预聚体31.9g，产率为98.8％，所得聚合物的聚合度为6。
本实施例中均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量、3,4'-二氨基二苯醚以及4-苯乙炔苯酐三者之间加入量的摩尔比为6：7：2。
实施例5：
本发明共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在氮气的保护下，将30gn，n-二甲基乙酰胺dmac加入到带有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，然后加入4,4'-二氨基二苯醚10g进行搅拌充分溶解；
b、待步骤a中4,4'-二氨基二苯醚完全溶解后，加入4.36g均苯四甲酸二酐pmda和6.2g2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及30gn，n-二甲基乙酰胺dmac，然后在室温条件下进行反应，反应时间为5h；
c、步骤b反应结束后，加入封端剂4-苯乙炔苯酐4.96g和n，n-二甲基乙酰胺dmac，控制溶液的固含量为30％，继续在室温条件下搅拌反应10h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液中加入催化剂三乙胺10.1g和脱水剂乙酸酐10.2g，在室温下进行化学亚胺化反应10h；反应后将所得溶液采用800ml蒸馏水洗涤5次，洗涤至过滤出水的ph值为7，洗涤后将所得产品置于150℃真空烘箱中进行充分烘干，烘干后进行粉碎，最终得到灰白色粉末状的聚酰亚胺预聚体23.01g，产率为97.0％，聚合物的聚合度为4。
本实施例中均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量、4,4'-二氨基二苯醚以及4-苯乙炔苯酐三者之间加入量的摩尔比为4：5：2。
1.一种共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、首先将有机溶剂加入到反应容器中，然后加入二氨基二苯醚进行充分溶解；所述有机溶剂加入的质量为二氨基二苯醚质量的0.5～10倍；
b、待步骤a中二氨基二苯醚完全溶解后，加入均苯四甲酸二酐pmda和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐a-odpa以及有机溶剂，加入后在室温条件下进行反应，反应时间为1～10h；
所述有机溶剂加入的质量为均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总质量的0.5～10倍；
c、步骤b反应结束后加入封端剂4-苯乙炔苯酐和有机溶剂，控制溶液的固含量为10～50％，继续在室温条件下搅拌反应5～24h，反应后得到聚酰胺酸溶液；
所述二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐二者总量以及封端剂三者之间加入量的摩尔比为n 1：n：2，其中n为3～30的整数；
d、将步骤c所得聚酰胺酸溶液加热升温进行热亚胺化脱水反应，反应后得到悬浊液，将所得悬浊液采用去离子水进行洗涤，洗涤后所得产品进行烘干、粉碎，得到产品聚酰亚胺预聚体即共聚改性热固性聚酰亚胺材料；
或者，将步骤c所得聚酰胺酸溶液中加入催化剂和脱水剂进行化学亚胺化反应；反应后将所得溶液采用蒸馏水进行洗涤，洗涤至过滤出水的ph值为7，洗涤后所得产品进行烘干、粉碎，最后得到产品聚酰亚胺预聚体即共聚改性热固性聚酰亚胺材料。
2.根据权利要求1所述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于：步骤a中所述二氨基二苯醚为4,4'-二氨基二苯醚或3,4'-二氨基二苯醚或二者的混合物。
3.根据权利要求1所述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于：步骤a、b和c中所述有机溶剂均为n-甲基吡咯烷酮nmp、n，n-二甲基乙酰胺dmac、n，n-二甲基甲酰胺dmf、二甲基亚砜dmso或1,4-二氧六环。
4.根据权利要求1所述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于：步骤d中所述脱水剂为三氟乙酸酐、乙酸酐和氯化亚砜中至少一种；所述催化剂为三乙胺或吡啶或三乙胺和吡啶两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于：步骤d中所述脱水剂的加入量为二氨基二苯醚物质的量的1～8倍；所述催化剂的加入量为二氨基二苯醚物质的量的1～8倍。
6.根据权利要求1所述的共聚改性热固性聚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于：步骤d中所述热亚胺化反应是在100～220℃进行加热脱水反应2～20h。
技术总结