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一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法

阅读：714发布：2021-02-26

IPRDB可以提供一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于复合材料技术，涉及一种用于增韧树脂基复合材料的、侧链含羟基的聚醚酰亚胺及其合成方法。本发明的侧链含羟基的聚醚酰亚胺，其特征在于，其结构式如下：本发明的合成步骤如下：配制混合溶液；聚合反应；提纯；干燥。采用本发明增韧树脂基复合材料后，可进一步提高了复合材料的抗冲击性能。另外。还提高了复合材料的耐溶剂性能、湿/热性能和高温力学性能。，下面是一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法，其结构式如下：

结构式中，m和n是重复单元数，n/(m+n)=0.1～0.4；其特征在于，合成步骤如下：

1.1、配制混合溶液：将等当量的二元酐和二元胺，加入到盛有混合溶剂的三口烧瓶中，在机械搅拌下，溶解反应混合物，溶质与混合溶剂的质量比为10～40:100；

1.1.1、二元酐为下述物质之一或者混合物：4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)或3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐；

1.1.2、二元胺为物质D和物质B的混合物：物质D是2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷或4,4’-二苯醚二胺其中之一或者两者的混合物；物质B是2,4-二氨基苯酚盐酸盐；物质D与物质B的物质的量的比为100:10～40；

1.1.3、混合溶剂由第一组分和第二组分混合组成，第一组分为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺；第二组分为甲苯、二甲苯或邻二氯苯；第二组分与混合溶剂的体积比为10%～30%，溶剂采用分析纯；

1.2、聚合反应：将盛有混合溶液的三口烧瓶，在氮气保护和机械搅拌下，先在

140℃±10℃反应3～5h，同时回流带水，除去反应生成的水，然后再升温到170℃±10℃，反应3～7h，生成聚合物溶液；

1.3、提纯：待聚合物溶液冷却到室温后，倒入盛有化学纯乙醇的烧杯中，析出聚合物沉淀，聚合物溶液与乙醇的质量比为1：2～5，搅拌混合溶液5min～10min，然后进行真空抽滤，得到聚合物；重复步骤1.3共3～5次，将聚合物提纯；

1.4、干燥：将提纯后的聚合物放到干燥箱中干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为1h～3h，干燥后得到侧链含羟基的聚醚酰亚胺。

说明书全文

一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法

技术领域

[0001] 本发明专利属于复合材料技术，涉及一种用于增韧树脂基复合材料的、侧链含羟基的聚醚酰亚胺及其合成方法

背景技术

[0002] 热固性树脂基碳纤维增强复合材料层合板已经在航空、航天工业领域获得了巨大的应用，但是由于树脂基体本身的脆性和增强纤维在Z向的不连续性，层合板抵抗厚度方向载荷的能力较弱，当受到外力作用时，容易产生分层破坏，降低复合材料的强度和刚度。因此，如何提高复合材料层合板的抗冲击损伤阻抗和损伤容限，进而提高层合板的抗分层能力和冲击后的压缩强度，就成为科学工作者研究的重点。通过提高增强纤维的断裂应变，如用Kevlar纤维或聚乙烯纤维代替碳纤维，可以提高复合材料层合板的抗冲击损伤阻抗，但是由于纤维本身的拉伸强度低，其复合材料的损伤容限又会相应地降低。通过Z向缝合技术，可以同时提高层合板的抗冲击损伤阻抗和损伤容限，但是也提高了复合材料的制造成本并降低了复合材料的面内力学性质。参见(composites,1991,22(5),347.)。用传统的侧链不含活性基团的聚合物对树脂基复合材料进行“原位”和“离位”增韧改性，固化后复合材料树脂相形成了核（热固性树脂）壳（热塑性树脂）结构，当复合材料承受冲击载荷时，树脂相在应力下，首先发生热塑性树脂的塑性变形，当应力超过阀值时，发生树脂层的开裂。
裂纹以弯曲的方式扩展，会周期性地通过模量较低的热塑性树脂和热塑/固两相界面。树脂层吸收更多的断裂能，减少层合板的分层面积。最终提高了层合板的损伤阻抗和损伤容限参见中国专利ZL200610099381.9。但是，采用传统的侧链不含活性基团的聚合物对树脂基复合材料进行增韧改性时，层合板的抗冲击性能的提高幅度仍然不能满足高性能结构件的使用要求。

发明内容

[0003] 本发明的目的是：提出一种用于增韧树脂基复合材料的聚醚酰亚胺及合成方法，以进一步提高树脂基复合材料层合板的抗冲击性能，同时提高复合材料的耐溶剂性能、湿/热性能和高温力学性能，满足高性能结构件用复合材料的使用要求。

[0004] 本发明的技术方案是：一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法，其结构式如下：

[0005]

[0006] 结构式中，m和n是重复单元数，n/(m+n)=0.1～0.4；其特征在于，合成步骤如下：

[0007] 1、配制混合溶液：将等当量的二元酐和二元胺，加入到盛有混合溶剂的三口烧瓶中，在机械搅拌下，溶解反应混合物，溶质与混合溶剂的质量比为10～40:100；

[0008] 1.1、二元酐为下述物质之一或者混合物：4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)或3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐；

[0009] 1.2、二元胺为物质D和物质B的混合物：物质D是2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷或4,4’-二苯醚二胺其中之一或者两者的混合物；物质B是2,4-二氨基苯酚盐酸盐；物质D与物质B的物质的量的比为100:10～40；

[0010] 1.3、混合溶剂由第一组分和第二组分混合组成，第一组分为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺；第二组分为甲苯、二甲苯或邻二氯苯；第二组分与混合溶剂的体积比为10%～30%，溶剂采用分析纯；

[0011] 2、聚合反应：将盛有混合溶液的三口烧瓶，在氮气保护和机械搅拌下，先在140℃±10℃反应3～5h，同时回流带水，除去反应生成的水，然后再升温到170℃±10℃，反应3～7h，生成聚合物溶液；

[0012] 3、提纯：待聚合物溶液冷却到室温后，倒入盛有化学纯乙醇的烧杯中，析出聚合物沉淀，聚合物溶液与乙醇的质量比为1：2～5，搅拌混合溶液5min～10min，然后进行真空抽滤，得到聚合物；重复步骤1.3共3～5次，将聚合物提纯；

[0013] 4、干燥：将提纯后的聚合物放到干燥箱中干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为1h～3h，干燥后得到侧链含羟基的聚醚酰亚胺。

[0014] 本发明的优点是：使用本发明侧链含羟基的聚醚酰亚胺增韧树脂基复合材料时，固化后复合材料的树脂相中，热塑和热固两相界面由范德华力转变为共价键结合，复合材料在冲击载荷下，由局部剪切屈服和塑性变形转变为整体剪切屈服和塑性变形，从而进一步提高了复合材料的抗冲击性能。另外。还提高了复合材料的耐溶剂性能、湿/热性能和高温力学性能。

具体实施方式

[0015] 下面对本发明做进一步详细说明。一种侧链含羟基的聚醚酰亚胺，其特征在于，其结构式如下：

[0016]

[0017] 结构式中，m和n是重复单元数，n/(m+n)=0.1～0.4。

[0018] 如上面所述的侧链含羟基的聚醚酰亚胺的合成方法，其特征在于，合成步骤如下：

[0019] 1、配制混合溶液：将等当量的二元酐和二元胺，加入到盛有混合溶剂的三口烧瓶中，在机械搅拌下，溶解反应混合物，溶质与混合溶剂的质量比为10～40:100；

[0020] 1.1、二元酐为下述物质之一或者混合物：4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)或3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐；

[0021] 1.2、二元胺为物质D和物质B的混合物：物质D是2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷或4,4’-二苯醚二胺其中之一或者两者的混合物；物质B是2,4-二氨基苯酚盐酸盐；物质D与物质B的物质的量的比为100:10～40；

[0022] 1.3、混合溶剂由第一组分和第二组分混合组成，第一组分为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺；第二组分为甲苯、二甲苯或邻二氯苯；第二组分与混合溶剂的体积比为10%～30%，溶剂采用分析纯；

[0023] 2、聚合反应：将盛有混合溶液的三口烧瓶，在氮气保护和机械搅拌下，先在140℃±10℃反应3～5h，同时回流带水，除去反应生成的水，然后再升温到170℃±10℃，反应3～7h，生成聚合物溶液；

[0024] 3、提纯：待聚合物溶液冷却到室温后，倒入盛有化学纯乙醇的烧杯中，析出聚合物沉淀，聚合物溶液与乙醇的质量比为1：2～5，搅拌混合溶液5min～10min，然后进行真空抽滤，得到聚合物；重复步骤1.3共3～5次，将聚合物提纯；

[0025] 4、干燥：将提纯后的聚合物放到干燥箱中干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为1h～3h，干燥后得到侧链含羟基的聚醚酰亚胺。

[0026] 增韧过程及原理是：将制备得到的侧链含羟基的聚醚酰亚胺，按照传统工艺制备得到薄膜、粉末或纳米无纺布，层间增韧树脂基复合材料，膜及无纺布材料的面密度为10g/m2～50g/m2，聚合物粉末颗粒直径为5μ～50μ，撒于纤维层间的面密度为10g/m2～50g/m2。固化后复合材料层间树脂，由于热固性树脂和热塑性树脂的溶解度参数不同，在树脂固化过程中发生相反转，热塑性树脂形成连续相，热固性固体形成分散相，而韧性的热塑性树脂由于侧链含有活性官能团羟基，其必然和热固性树脂的反应基团反应，如环氧基团、马来酰亚胺基团和氰酸酯基团等。因此提高了热塑和热固两相界面，进一步提高了复合材料的冲击后压缩强度。另外，还提高了复合材料的耐溶剂性能、湿/热性能和高温力学性能。

[0027] 实施例1：

[0028] 将1mol BPADA(520.49g)，0.9mol ODA(180.22g)和0.1mol2,4-二氨基苯酚盐酸盐(19.71g)加入到三口烧瓶中，然后加入2000ml NMP和200ml二甲苯，二甲苯用来回流带水，氮气保护下，加热到170℃反应10小时，反应物冷却后，倒入到乙醇中，过滤后固体再用乙醇清洗数次，干燥得到580.34g聚醚酰亚胺。

[0029] 将合成得到的侧链含羟基的聚醚酰亚胺通过涂膜和打孔设备制备得到有孔薄膜，2
薄膜的面密度为15g/m，层间增韧3266RTM/G827复合材料，复合材料的冲击后压缩强度从
170MPa提高到278MPa。

[0030] 实施例2：

[0031] 将1mol BPADA(520.49g)，0.5mol ODA(100.12g)，0.4mol2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]异丙基(164.21g)和0.1mol2,4-二氨基苯酚盐酸盐(19.71g)加入到三口烧瓶中，然后加入3000ml DMAc和1000ml邻二氯苯，氮气保护下，加热到170℃反应8小时，反应物冷却后，倒入到乙醇中，过滤后固体用乙醇清洗数次，干燥得到613.09g聚醚酰亚胺。

[0032] 将合成得到的侧链含羟基的聚醚酰亚胺通过气流粉碎机，粉碎到200～250目，将2
其均匀撒在预浸料5228A/G827表面，控制其面密度为30g/m，复合材料的冲击后压缩强度从160MPa提高到310MPa。

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