一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体为一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺指主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类聚合物，是综合性能最佳的有机高分子材料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。

聚酰亚胺为黄色被认为是由于在大分子主链中交替的二酐残基羰基中的吸电子作用和二胺残基的给电子作用产生的分子内与分子间的电荷转移络合物(CTC)所引起的。这样给电子能力越强的二胺与吸电子能力越强的二酐聚合物所形成的聚酰亚胺的颜色越深。同样采用氘代的方式，也可以增大聚酰亚胺的透光率。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法，解决了缩短聚酰亚胺分子链长度提高透过率所造成的力学性能降低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法，以二酐单体(X)和二胺单体(Y)制备成如下单元体：

所述制备方法包括以下步骤：

一、将二酐单体(X)和二胺单体(Y)分别溶解在溶剂中；

二、二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液，以细流的方式交汇至反应区域，进行反应，并获得单元体溶液；

三、去除单元体溶液中的溶剂，并加入交联剂；

四、固化处理，获得氘代聚酰亚胺材料。

优选的，所述二酐单体(X)中包含氘代脂肪烃(Z)，且氘代脂肪烃中的碳原子的数量不低于10，所述氘代脂肪烃中含有同种类型至少一个活性官能团，在氘代聚酰亚胺材料制备过程中该官能团和溶剂不发生反应。

优选的，所述二胺单体(Y)中仅包含氮、碳、氘元素，且碳元素的数量在单个二胺单体(Y)中不超过20。

优选的，所述交联剂能够通过氘代脂肪烃(Z)上的官能团实现二酐单体(X)之间的加聚。

优选的，所述溶剂为液体且沸点不超过200℃的饱和纯或者烷。

优选的，所述步骤二中二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液反应温度为200～300℃、反应区域压力为1～2大气压。

优选的，所述步骤二中控制细流的流速和反应时间进一步控制n的数值大小。

优选的，所述步骤三中采用蒸发的方式去除溶剂，所述交联剂的添加量能够完全反应。

优选的，所述步骤四中，在保护气氛下，将加入交联剂后的体系进行充分搅拌，然后转移至承载物上，进行干燥固化处理，所述保护气氛所采用的气体为氦气、氮气或者氩气。

(三)有益效果

本发明提供了一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法。具备以下有益效果：

1、本发明，将二酐单体(X)和二胺单体(Y)分别溶解在溶剂中以细流的方式交汇至反应区域，控制氘代聚酰亚胺分子链的长度，提高透光率。

2、本发明，氘代聚酰亚胺分子链之间进行交联处理，提高最终产品的质量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例提供一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法，以二酐单体(X)和二胺单体(Y)制备成如下单元体：

制备方法包括以下步骤：

一、将二酐单体(X)和二胺单体(Y)分别溶解在溶剂中，溶剂为液体且沸点不超过200℃的饱和纯或者烷，在不与反应物、中间产物和目标产物不能进行化学反应的前提下，可利用溶剂和溶质沸点的不同，分离出溶质，此处选用丙醇。

二、二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液，以细流的方式交汇至反应区域，并且该过程中是连续，且先前的反应的物料不停留，通过将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液以细流的方式进行定量反应，可以控制二酐单体(X)和二胺单体(Y)聚合程度，二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液反应温度为200～300℃、反应区域压力为1～2大气压，控制细流的流速和反应时间进一步控制n的数值大小，并获得单元体溶液，通过设置细流的速、反应时间、反应的温度和反应区域压力，实现对n数值控制，直接将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液混合进行反应，使得制备的单元体的聚合度过高，虽然会获得良好的力学性能，但是不利于获得良好的光学性能，故采用上述方式可以获得指定聚合度的单元体，用以提高所制备材料的光学性能，控制n的平均取值为150，且分子链长度是150为众数。

三、去除单元体溶液中的溶剂，以蒸发的方式去除溶剂，并加入交联剂，交联剂的添加量能够完全反应，避免生产材料由于单体交联剂的影响其质量，在保护气氛下，将加入交联剂后的体系进行充分搅拌，然后转移至承载物上，可以是模具、制模板上。

四、同样在保护气氛下进行干燥固化处理，保护气氛所采用的气体为氦气、氮气或者氩气，获得氘代聚酰亚胺材料。

二酐单体(X)中包含氘代脂肪烃(Z)，且氘代脂肪烃中的碳原子的数量不低于10，氘和碳之间的化学键可以提高材料的透光性，提高氘占比即为提高材料的透光性，氘代脂肪烃中含有同种类型至少一个活性官能团，用于氘代脂肪烃的交联，同时单一官能团，可以降低材料生产的复杂性，也易于控制生产中化学反应，在氘代聚酰亚胺材料制备过程中该官能团和溶剂不发生反应，避免溶剂和官能团发生反应后，影响二酐单体(X)和二胺单体(Y)的聚合，同时也影响后续中的交联反应。

二胺单体(Y)中仅包含氮、碳、氘元素，且碳元素的数量在单个二胺单体(Y)中不超过20，使得聚酰亚胺材料中，减小主链分子大小。

交联剂能够通过氘代脂肪烃(Z)上的官能团实现二酐单体(X)之间的加聚，由于可操作n的数值，即控制聚酰亚胺中分子链的长度，故在生产的聚酰亚胺力学性能较差，故通过交联剂，可实现不同分子链发生连接，用于提高整体聚酰亚胺材料的力学性能，同时采用加聚的方式，避免交联时，释放其他的分子，如水分子，排出水分子，反而造成聚酰亚胺材料质量下降。

实施例二：

本发明实施例提供一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法，以二酐单体(X)和二胺单体(Y)制备成如下单元体：

制备方法包括以下步骤：

一、将二酐单体(X)和二胺单体(Y)分别溶解在溶剂中，溶剂为液体且沸点不超过200℃的饱和纯或者烷，在不与反应物、中间产物和目标产物不能进行化学反应的前提下，可利用溶剂和溶质沸点的不同，分离出溶质，此处选用己烷。

二、二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液，以细流的方式交汇至反应区域，并且该过程中是连续，且先前的反应的物料不停留，通过将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液以细流的方式进行定量反应，可以控制二酐单体(X)和二胺单体(Y)聚合程度，二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液反应温度为200～300℃、反应区域压力为1～2大气压，控制细流的流速和反应时间进一步控制n的数值大小，并获得单元体溶液，通过设置细流的速、反应时间、反应的温度和反应区域压力，实现对n数值控制，直接将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液混合进行反应，使得制备的单元体的聚合度过高，虽然会获得良好的力学性能，但是不利于获得良好的光学性能，故采用上述方式可以获得指定聚合度的单元体，用以提高所制备材料的光学性能，控制n的平均取值为200。

三、去除单元体溶液中的溶剂，以蒸发的方式去除溶剂，并加入交联剂，交联剂的添加量能够完全反应，避免生产材料由于单体交联剂的影响其质量，在保护气氛下，将加入交联剂后的体系进行充分搅拌，然后转移至承载物上，可以是模具、制模板上。

四、同样在保护气氛下进行干燥固化处理，保护气氛所采用的气体为氦气、氮气或者氩气，获得氘代聚酰亚胺材料。

二酐单体(X)中包含氘代脂肪烃(Z)，且氘代脂肪烃中的碳原子的数量不低于10，氘和碳之间的化学键可以提高材料的透光性，提高氘占比即为提高材料的透光性，氘代脂肪烃中含有同种类型至少一个活性官能团，用于氘代脂肪烃的交联，同时单一官能团，可以降低材料生产的复杂性，也易于控制生产中化学反应，在氘代聚酰亚胺材料制备过程中该官能团和溶剂不发生反应，避免溶剂和官能团发生反应后，影响二酐单体(X)和二胺单体(Y)的聚合，同时也影响后续中的交联反应。

二胺单体(Y)中仅包含氮、碳、氘元素，且碳元素的数量在单个二胺单体(Y)中不超过20，使得聚酰亚胺材料中，减小主链分子大小。

交联剂能够通过氘代脂肪烃(Z)上的官能团实现二酐单体(X)之间的加聚，由于可操作n的数值，即控制聚酰亚胺中分子链的长度，故在生产的聚酰亚胺力学性能较差，故通过交联剂，可实现不同分子链发生连接，用于提高整体聚酰亚胺材料的力学性能，同时采用加聚的方式，避免交联时，释放其他的分子，如水分子，排出水分子，反而造成聚酰亚胺材料质量下降。

实施例三；

本发明实施例提供一种氘代聚酰亚胺材料的制备方法，以二酐单体(X)和二胺单体(Y)制备成如下单元体：

制备方法包括以下步骤：

一、将二酐单体(X)和二胺单体(Y)分别溶解在溶剂中，溶剂为液体且沸点不超过200℃的饱和纯或者烷，在不与反应物、中间产物和目标产物不能进行化学反应的前提下，可利用溶剂和溶质沸点的不同，分离出溶质，此处选用丁醇。

二、二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液，以细流的方式交汇至反应区域，并且该过程中是连续，且先前的反应的物料不停留，通过将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液以细流的方式进行定量反应，可以控制二酐单体(X)和二胺单体(Y)聚合程度，二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液反应温度为200～300℃、反应区域压力为1～2大气压，控制细流的流速和反应时间进一步控制n的数值大小，并获得单元体溶液，通过设置细流的速、反应时间、反应的温度和反应区域压力，实现对n数值控制，直接将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液混合进行反应，使得制备的单元体的聚合度过高，虽然会获得良好的力学性能，但是不利于获得良好的光学性能，故采用上述方式可以获得指定聚合度的单元体，用以提高所制备材料的光学性能，控制n的平均取值为300。

三、去除单元体溶液中的溶剂，以蒸发的方式去除溶剂，并加入交联剂，交联剂的添加量能够完全反应，避免生产材料由于单体交联剂的影响其质量，在保护气氛下，将加入交联剂后的体系进行充分搅拌，然后转移至承载物上，可以是模具、制模板上。

四、同样在保护气氛下进行干燥固化处理，保护气氛所采用的气体为氦气、氮气或者氩气，获得氘代聚酰亚胺材料。

二酐单体(X)中包含氘代脂肪烃(Z)，且氘代脂肪烃中的碳原子的数量不低于10，氘和碳之间的化学键可以提高材料的透光性，提高氘占比即为提高材料的透光性，氘代脂肪烃中含有同种类型至少一个活性官能团，用于氘代脂肪烃的交联，同时单一官能团，可以降低材料生产的复杂性，也易于控制生产中化学反应，在氘代聚酰亚胺材料制备过程中该官能团和溶剂不发生反应，避免溶剂和官能团发生反应后，影响二酐单体(X)和二胺单体(Y)的聚合，同时也影响后续中的交联反应。

二胺单体(Y)中仅包含氮、碳、氘元素，且碳元素的数量在单个二胺单体(Y)中不超过20，使得聚酰亚胺材料中，减小主链分子大小。

交联剂能够通过氘代脂肪烃(Z)上的官能团实现二酐单体(X)之间的加聚，由于可操作n的数值，即控制聚酰亚胺中分子链的长度，故在生产的聚酰亚胺力学性能较差，故通过交联剂，可实现不同分子链发生连接，用于提高整体聚酰亚胺材料的力学性能，同时采用加聚的方式，避免交联时，释放其他的分子，如水分子，排出水分子，反而造成聚酰亚胺材料质量下降。

实施例四：

对实施列一至三制备的氘代聚酰亚胺进行透光性和力学性能测试，并设置对照组。

对照组设置为将二酐单体(X)溶液和二胺单体(Y)溶液直接混合，并提供反应条件，去除溶剂后，干燥固化获得的氘代聚酰亚胺，各组数据如下：

从上表得出，随着分子链的越短，其透光性越好，以及力学性能越差。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。