一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺及应用的制作方法

本发明涉及了聚酰亚胺的制备领域，具体涉及了一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺及应用。

背景技术：

1、聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。上世纪60年代，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。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，被称为是"解决问题的能手"，并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。

2、目前，聚酰亚胺在使用过程中需要在n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基乙酰胺(dmac)等有机溶剂的存在，使用的有机溶剂具有一定的毒性，对环境会造成一定的污染问题，同时，在使用过程中也会对人体造成一定的伤害，因此开发出水溶性的聚酰亚胺材料具有十分重要的意义。

3、然而由于聚酰亚胺于水相中会析出不兼容，因此如何修饰聚酰亚胺的结构，有利于溶解在水相内是一大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术聚酰亚胺使用时有毒有机溶剂的存在带来环境污染和人体伤害的问题，提供一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺及应用，该制备工艺在聚合过程中，导入碱性触媒与聚酰亚胺酸进行反应，碱性触媒与聚酰亚胺酸结构产生敖合，进而形成聚酰亚胺酸盐类，水当作溶剂进行溶解，用作聚酰亚胺的水基前体，能够避免使用有毒的有机溶剂，例如nmp，环保性强，在使用过程中，操作员无需直接面对毒性有机溶剂，减少了对人体的伤害，同时，后期无需高温去除有机溶剂，再制成过程温度要求低，能耗能大幅度降低，降低成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，包括以下步骤：

4、步骤1、酸酐单体和胺类单体溶解于极性有机溶剂中，在氮气保护条件下持续搅拌18h以上，发生低温聚合反应，得到聚酰胺酸溶液；

5、步骤2、向所述步骤1得到的聚酰胺酸溶液中加入碱性触媒材料，持续搅拌8h以上，得到聚酰亚胺酸盐溶液；

6、步骤3、向所述步骤2得到的聚酰亚胺盐类溶液滴入丙酮內析出，收集固体并进行烘干，得到水溶性聚酰亚胺材料。

7、本发明提供一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，首先将酸酐单体和胺类单体溶解于极性有机溶剂中，在氮气保护条件下发生低温聚合反应，制备出聚酰胺酸溶液，然后，导入碱性触媒与聚酰亚胺酸进行反应，碱性触媒与聚酰亚胺酸结构产生敖合，进而形成聚酰亚胺酸盐类，水当作溶剂进行溶解，用作聚酰亚胺的水基前体，能够避免使用有毒的有机溶剂。环保性强，在使用过程中，操作员无需直接面对毒性有机溶剂，减少了对人体的伤害，同时，后期无需高温去除有机溶剂，再制成过程温度要求低，能耗能大幅度降低，降低成本。

8、具体的，以往使用有机溶剂的浆料需要用到高温(>200℃)才能将有机溶剂去除，此案采用纯水为溶剂，再制成过程中不需使用到200℃以上的温度，对于能耗将大幅降低。

9、具体的，本申请制备工艺的反应过程如下：

10、

11、进一步的，所述步骤1中，酸酐单体为丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、顺丁烯二酸酐、3-甲基邻苯二甲酸酐、二苯醚四羧酸二酐、二苯酮四羧酸二酐中的至少一种；所述胺类单体为对苯二胺、二苯醚二胺、二氨基二苯基甲烷中的至少一种。

12、进一步的，所述步骤1中，极性有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。

13、进一步的，所述步骤1中，酸酐单体与胺类单体的摩尔比为0.8～1.2。例如，酸酐单体与胺类单体的摩尔比为为0.8：1；酸酐单体与胺类单体的摩尔比为0.9:1；酸酐单体与胺类单体的摩尔比为1.0：1；酸酐单体与胺类单体的摩尔比为1.1:1；酸酐单体与胺类单体的摩尔比为1.2：1。

14、进一步的，所述步骤1中，在氮气保护条件下持续搅拌18～30h；低温聚合反应的温度为3℃～12℃。合适的低温聚合反应条件，能够提高聚合效率和产品质量，优选地，所述步骤1中，在氮气保护条件下持续搅拌20～24h；低温聚合反应的温度为6℃～10℃。

15、进一步的，所述步骤2中，碱性触媒材料为三乙胺、苯并咪唑、1-甲基咪唑、喹啉、1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7、咪唑、吡啶和3-甲基吡啶中的至少一种。

16、具体的，碱性触媒材料的结构式如下：

17、

18、进一步的，所述步骤2中，碱性触媒材料的添加摩尔量是聚酰亚胺酸盐溶液中聚酰胺酸摩尔量的1.5倍以上。碱性触媒材料的添加量是影响螯合效果的关键性因素，过低的添加比例，会使产品效果不明显，优选地，所述步骤2中，碱性触媒材料的添加摩尔量是聚酰亚胺酸盐溶液中聚酰胺酸摩尔量的1.5-3.5倍。更优选地，所述步骤2中，碱性触媒材料的添加摩尔量是聚酰亚胺酸盐溶液中聚酰胺酸摩尔量的2-3倍。

19、进一步的，所述步骤2中，持续搅拌8h～12h。

20、本发明的另一目的是为了提供上述水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺制备的产品。

21、一种采用上所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺制备得到的水溶性聚酰亚胺材料产品。

22、本申请制备得到的聚酰亚胺材料，能够将水当作溶剂进行溶解，环保性强，在使用过程中，操作员无需直接面对毒性有机溶剂，减少了对人体的伤害，同时，后期无需高温去除有机溶剂，再制成过程温度要求低，能耗能大幅度降低，降低成本。

23、本发明的又一目的是为了提供上述水溶性聚酰亚胺材料产品的新应用。

24、如上述的水溶性聚酰亚胺材料产品在自清洁、隔热、阻燃、降噪、电池、能源、催化剂领域中的应用。

25、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

26、本发明提供一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，首先将酸酐单体和胺类单体溶解于极性有机溶剂中，在氮气保护条件下发生低温聚合反应，制备出聚酰胺酸溶液，然后，导入碱性触媒与聚酰亚胺酸进行反应，碱性触媒与聚酰亚胺酸结构产生敖合，进而形成聚酰亚胺酸盐类，所形成的聚酰亚胺酸盐类能已水当作溶剂进行溶解，用作聚酰亚胺的水基前体，能够避免使用有毒的有机溶剂。环保性强，在使用过程中，操作员无需直接面对毒性有机溶剂，减少了对人体的伤害，同时，后期无需高温去除有机溶剂，再制成过程温度要求低，能耗能大幅度降低，降低成本。

技术特征：

1.一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，酸酐单体为丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、顺丁烯二酸酐、3-甲基邻苯二甲酸酐、二苯醚四甲酸二酐、二苯甲酮四甲酸二酐中的至少一种；所述胺类单体为对苯二胺、二苯醚二胺、二氨基二苯基甲烷中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，极性有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，酸酐单体与胺类单体的摩尔比为0.8～2：1。

5.根据权利要求1所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，在氮气保护条件下持续搅拌18～30h；低温聚合反应的温度为3℃～12℃。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，碱性触媒材料为三乙胺、苯并咪唑、1-甲基咪唑、喹啉、1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7、咪唑、吡啶和3-甲基吡啶中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，碱性触媒材料的添加摩尔量是聚酰亚胺酸盐溶液中聚酰胺酸摩尔量的1.5倍以上。

8.根据权利要求6所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，持续搅拌8h～12h。

9.一种采用权利要求1-8任意一项所述的水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺制备得到的水溶性聚酰亚胺材料产品。

10.如权利要求9所述的水溶性聚酰亚胺材料产品在自清洁、隔热、阻燃、降噪、电池、能源、催化剂领域中的应用。

技术总结
本发明涉及了聚酰亚胺的制备领域，提供一种水溶性聚酰亚胺材料的制备工艺及应用，首先将酸酐单体和胺类单体溶解于极性有机溶剂中，在氮气保护条件下发生低温聚合反应，制备出聚酰胺酸溶液，然后，导入碱性触媒与聚酰亚胺酸进行反应，碱性触媒与聚酰亚胺酸结构产生敖合，进而形成聚酰亚胺酸盐类，水当作溶剂进行溶解，用作聚酰亚胺的水基前体，能够避免使用有毒的有机溶剂。环保性强，在使用过程中，操作员无需直接面对毒性有机溶剂，减少了对人体的伤害，同时，后期无需高温去除有机溶剂，再制成过程温度要求低，能耗能大幅度降低，降低成本。

技术研发人员：曾吉永,邱楗洺,柯家瑜,王秀慧
受保护的技术使用者：矽时代材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6