一种聚醚酰亚胺的制备方法

摘要

本发明属于高分子聚合物合成技术领域，具体涉及一种聚醚酰亚胺的制备方法。本发明提供了一种聚醚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：将二硝基单体、双酚A和碱性离子液体混合后进行熔融挤出，得到所述聚醚酰亚胺。本发明以碱性离子液体作为反应介质，不会产生大量的有机废液，制备工艺绿色环保。

权利要求

1.一种聚醚酰亚胺的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：将二硝基单体、双酚A和碱性离子液体混合后进行熔融挤出，得到所述聚醚酰亚胺；

所述碱性离子液体包括

中的一种或几种；

所述熔融挤出在真空条件下进行，真空度为400～500Pa。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硝基单体具有式1所示结构：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硝基单体和双酚A的摩尔比为

1.0～1.05：1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性离子液体的质量为所述混合得到的混合物总质量的70～72％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出采用螺杆挤出机进行；

所述螺杆挤出机中螺杆的转速为250～500rpm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出包括四段挤出；

所述四段挤出包括依次进行的共混段、预聚段、传质段和聚合段。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述预聚段的温度为150～170℃，时间为3～10min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合段的温度为200～220℃，时间为5～10min。

说明书

一种聚醚酰亚胺的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子聚合物合成技术领域，具体涉及一种聚醚酰亚胺的制备方法。

背景技术

[0002] 聚醚酰亚胺是一种将醚键柔性单元引入到刚性的聚酰亚胺主链中得到的高分子材料，具有良好的热稳定性、热机械性和耐辐射等性能，被广泛应用于电子电器、航空航天、汽车和化工机械等技术领域。

[0003] 传统的制备方法是将二氯中间体与双酚A在极性溶剂和无机碱的作用下进行聚合得到聚醚酰亚胺，但是上述聚合过程需要使用大量的高沸点溶剂，容易产生大量的有机废液，对环境造成污染。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种聚醚酰亚胺的制备方法，本发明提供的方法不会产生大量的有机废液，制备工艺绿色环保。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 本发明提供了一种聚醚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：

[0007] 将二硝基单体、双酚A和碱性离子液体混合后进行熔融挤出，得到所述聚醚酰亚胺。

[0008] 优选的，所述碱性离子液体包括中的一种或几种。

[0009] 优选的，所述二硝基单体具有式1所示结构：

[0010]

[0011] 优选的，所述二硝基单体和双酚A的摩尔比为1.0～1.05：1。

[0012] 优选的，所述碱性离子液体的质量为所述混合得到的混合物总质量的70～72％。

[0013] 优选的，所述熔融挤出采用螺杆挤出机进行；

[0014] 所述螺杆挤出机中螺杆的转速为250～500rpm。

[0015] 优选的，所述熔融挤出包括四段挤出；

[0016] 所述四段挤出包括依次进行的共混段、预聚段、传质段和聚合段。

[0017] 优选的，所述预聚段的温度为150～170℃，时间为3～10min。

[0018] 优选的，所述聚合段的温度为200～220℃，时间为5～10min。

[0019] 优选的，所述熔融挤出在真空条件下进行，真空度为400～500Pa。

[0020] 本发明提供了一种聚醚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：将二硝基单体、双酚A和碱性离子液体混合后进行熔融挤出，得到所述聚醚酰亚胺。本发明以碱性离子液体作为反应介质，能够更好的促进二硝基单体和双酚A发生聚合反应，且不会产生大量的有机废液，制备工艺绿色环保。

附图说明

[0021] 图1为实施例1得到的聚醚酰亚胺的核磁氢谱图。

具体实施方式

[0022] 本发明提供了一种聚醚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：

[0023] 将二硝基单体、双酚A和碱性离子液体混合后进行熔融挤出，得到所述聚醚酰亚胺。

[0024] 在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

[0025] 在本发明中，所述二硝基单体优选具有式1所示结构：

[0026]

[0027] 在 本发 明中 ，所 述碱 性 离子 液体 优 选包 括中的一种或几种；当所述碱性离子液体为
上述具体选择中两种以上时，本发明对具体物质的比例没有特殊的限定，按照任意比例混合均可。在本发明中，所述碱性离子液体作为二硝基单体和双酚A进行聚合的反应介质。

[0028] 在本发明中，所述二硝基单体和双酚A的摩尔比优选为1.0～1.05：1，进一步优选为1.01～1.04：1，更优选为1.02～1.03：1。

[0029] 在本发明中，所述碱性离子液体的质量优选为所述混合得到的混合物总质量的70～72％，进一步优选为71％。在本发明中的具体实施例中，所述碱性离子液体的质量优选为所述混合得到的混合物总质量的70.83％、71.80％或71.92％。

[0030] 在本发明中，所述熔融挤出优选采用螺杆挤出机进行。在本发明中，所述螺杆挤出机中螺杆的转速优选为250～500rpm，进一步优选为300～450rpm，更优选为350～400rpm。在本发明中，所述螺杆的直径优选为40mm；长径比优选为43：1。

[0031] 在本发明中，所述熔融挤出优选包括四段挤出；所述四段挤出优选包括依次进行的共混段、预聚段、传质段和聚合段。

[0032] 在本发明中，所述共混段的长度优选为500mm。在本发明中，所述共混段的温度优选为15～25℃，进一步优选为18～23℃，更优选为19～20℃；时间优选为5～15min，进一步优选为8～13min，更优选为10～12min。在本发明中，所述二硝基单体、双酚A和碱性离子液体优选通过所述螺杆挤出机的加料口添加到螺杆挤出机的共混段中进行混合。在本发明中，所述加料的速度优选为3～5kg/h，进一步优选为4kg/h。

[0033] 在本发明中，所述预聚段的长度优选为400mm。在本发明中，所述预聚段的温度优选为150～170℃，进一步优选为152～168℃，更优选为155～165℃；时间为3～10min，进一步优选为4～9min，更优选为5～8min。在本发明中，所述预聚段的产物还优选包括水，所述水优选通过真空扩散排出。在所述预聚段，碱性离子液体受热熔融，二硝基单体和双酚A发生预缩聚。

[0034] 在本发明中，所述传质段的长度优选为320mm。在本发明中，通过所述传质段将所述预聚段的产物保温传送到聚合段进行反应。在本发明中，所述传送的时间优选为30～60s，进一步优选为35～55s，更优选为40～50s。在本发明中，所述传质段的温度优选和所述预聚段的温度相同。

[0035] 在本发明中，所述聚合段的长度优选为500mm。在本发明中，所述聚合段的温度优选为200～220℃，进一步优选为202～218℃，更优选为205～215℃；时间优选为5～10min，进一步优选为6～9min，更优选为7～8min。所述聚合完成后，本发明还优选包括将得到的产物在所述聚合段滞留2～5min，进一步优选为3～4min。在本发明中，通过在聚合段进行滞留，能够使得聚合物熟化稳定。

[0036] 在本发明中，所述熔融挤出优选在真空条件下进行，真空度优选为400～500Pa，进一步优选为420～480Pa，更优选为430～450Pa。

[0037] 所述熔融挤出完成后，本发明还优选包括将熔融挤出得到的产物进行后处理；所述后处理优选包括以下步骤：将所述产物出料至水中后进行分离，分离后得到的聚合物沉淀即为聚醚酰亚胺；将分离得到的液体进行萃取，回收其中的碱性离子液体进行重复利用。

[0038] 本发明对所述水的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。

[0039] 在本发明中，所述萃取采用的萃取剂优选为乙酸乙酯、石油醚、二氯甲烷、氯仿中的一种或多种；当所述萃取剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的比例没有特殊的限定，按照任意比例混合均可。本发明对所述萃取剂的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。

[0040] 本发明对所述出料、分离和萃取的过程没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。

[0041] 在本发明中，所述聚醚酰亚胺的产率优选为50～85％，进一步优选为55～80％，更优选为60～75％。

[0042] 在本发明中，所述聚醚酰亚胺的合成机理优选为：+ ‑

[0043] 其中A B表示碱性离子液体。

[0044] 为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种聚醚酰亚胺的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

[0045] 实施例1

[0046] 将5.0000kg具有式1所示结构的二硝基单体、2.5153kg双酚A和19.25kg以3.5kg/h的加料速度进入到螺杆挤出机的共混段，在25℃进行混合10min，设置螺杆挤出机中的螺杆转速为300rpm，真空度为500Pa，将混合产物传送至螺杆挤出机的预聚段进行预聚，预聚的温度为160±2℃，反应时间为5min，其中产生的水通过真空扩散带出；得到的预聚物经传质段保温传送至聚合段进行聚合，聚合的温度为210±2℃，时间为7min；聚合完成后，将得到的产物在聚合段滞留4min，然后出料至水中，经分离收集聚合物沉淀，即为聚醚酰亚胺，产率为52％；分离得到的液体采用乙酸乙酯进行萃取，回收其中的碱性离子液体进行重复利用。

[0047] 实施例2

[0048] 将5.0000kg具有式1所示结构的二硝基单体、2.5153kg双酚A和19.13kg以3.5kg/h的加料速度进入到螺杆挤出机的共混段，在25℃进行混合10min进行混合，设置螺杆挤出机中的螺杆转速为300rpm，真空度为500Pa，将混合产物传送至螺杆挤出机的预聚段进行预聚，预聚温度为165±2℃，反应时间为5min，其中产生的水通过真空扩散带出；得到的预聚物经传质段保温传送至聚合段进行聚合，聚合温度为210±2℃，时间为7min；聚合完成后，将得到的产物在聚合段滞留4min，然后出料至水中，经分离收集聚合物沉淀，即为聚醚酰亚胺，产率为82％；分离得到的液体采用乙酸乙酯进行萃取，回收其中的碱性离子液体进行重复利用。

[0049] 实施例3

[0050] 将5.0000kg具有式1所示结构的二硝基单体、2.5153kg双酚A和18.25kg以3.5kg/h的加料速度进入到螺杆挤出机的共混段，在25℃进行混合10min进行混合，设置螺杆挤出机中的螺杆转速为300rpm，真空度为500Pa，将混合产物传送至螺杆挤出机的预聚段进行预聚，预聚温度为165±2℃，反应时间为5min，其中产生的水通过真空扩散带出；得到的预聚物经传质段保温传送至聚合段进行聚合，聚合温度为210±2℃，时间为7min；聚合完成后，将得到的产物在聚合段滞留4min，然后出料至水中，经分离收集聚合物沉淀，即为聚醚酰亚胺，产率为77％；分离得到的液体采用乙酸乙酯进行萃取，回收其中的碱性离子液体进行重复利用。

[0051] 测试例1

[0052] 对实施例1得到的聚醚酰亚胺进行核磁共振测试，得到的核磁共振氢谱图如图1所示，图谱信息为：1H NMR(400MHz,DMSO‑d6)δ7.95(s,2H),7.66(s,1H),7.52(s,2H),7.37(s,7H),7.12(d,J＝7.7Hz,4H),3.11–2.85(m,2H),2.18‑1.90(m,3H),1.66(d,J＝32.3Hz,6H),
1.24(s,2H)。

[0053] 测试例2

[0054] 对实施例1～3得到的聚醚酰亚胺的特性粘度(ηinh)、分子量(Mw和Mn)和分子量分布(PDI)进行测试；

[0055] 其中，特性黏度的测试方法为：将聚醚酰亚胺配置成0.5g/d的DMAc稀释液，采用乌氏粘度计在25℃的恒温水槽中进行测试，按照公式(1)进行计算：

[0056]

[0057] 其中：t0为纯NMP空白参比样的淋出时间，t为样品稀释液的淋出时间，C为样品稀释液的浓度，统一为0.5g/dL。

[0058] 分子量的测试通过凝胶渗透色谱法在Waters‑GPC仪器上进行，配置样品的稀释液(1mg/mL)，使用DMAc作为流动相，以1.0mL/min的速度进行洗脱，最后使用聚苯乙烯标准校准曲线进行拟合。

[0059] 测试结果如表1所示。

[0060] 表1实施例1～3得到的聚醚酰亚胺的性能测试结果

[0061] 4 4  ηinh(dL/g) Mw(10g/mol) Mn(10g/mol) PDI
实施例1 0.41 2.45 0.93 2.63
实施例2 0.57 7.15 3.12 2.29
实施例3 0.52 5.48 2.44 2.25

[0062] 由表1可以看出，本发明采用碱性离子液体作为反应介质，能够更好的促进缩聚反应的进行，使得到的聚醚酰亚胺表现出更高的特性黏度和分子量以及较窄的分子量分布。

[0063] 尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。