CN104130177B - 一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法 - Google Patents
一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,步骤如下:单组份体系的合成:以四酸二酐原料和含邻苯二甲腈胺原料在极性溶剂中反应制得中间体1,再加入乙酸酐制得中间体2,中间体2再与含芳乙炔胺原料反应,制得目标产物;第二是多组分体系的合成:以四酸二酐原料和含邻苯二甲腈胺原料反应制得第一种单体;以含芳乙炔胺原料和四酸二酐原料反应制得第二种单体;将上述第一、第二种单体进行熔融共混或溶液共混后制得目标产物。本发明将芳香族聚酰亚胺、聚邻苯二甲腈树脂和聚芳乙炔树脂通过物理共混或化学改性同时引入到同一固化体系中,能有效改善产物的加工性能,降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一类封端基团为邻苯二甲腈和芳乙炔的芳酰亚胺单体的合成方法及其用于聚邻苯二甲腈和聚芳乙炔共混树脂制备的技术领域。
背景技术
芳香族聚酰亚胺凭借其突出的耐热性能、优良的机械性能及稳定性能等成为制造航天飞行器及推进系统的最具潜力的首选材料。但是由于聚酰亚胺分子链具有极强的刚性和分子间作用力,从而导致其难熔难溶不易加工。聚邻苯二甲腈树脂和聚芳乙炔树脂是两类具有优异耐热性能、机械性能和阻燃性能的热固性树脂,他们在耐热性能和机械性能上和聚酰亚胺处于同一级别并且它们在固化过程中均无小分子放出且熔体黏度较低,可以采用简便廉价的加工方法加工成型,例如:树脂传递模塑(RTM)成型等。
然而,聚邻苯二甲腈树脂和聚芳乙炔树脂在加工过程中亦存在一些尚待改进的难点。例如,邻苯二甲腈树脂的固化是一个极其缓慢的高温过程,导致其加工效率低下,加工成本较高。而芳乙炔树脂的固化过程过于激烈,甚至会发生暴聚,导致加工窗口过窄,难以加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,以改善产物的加工性能,降低加工成本。
本发明的目的是这样实现的:
含芳酰亚胺邻苯二甲腈单体的结构通式如下:
R2—R1—R3其中R1为
(其中R为O,CO,SO2,C(CF3)2等)
R2和R3可以选取如下所示的相同或不同的结构,但是无论是物理共混还是化学改性,共混体系中必须同时包含芳乙炔基团和腈基基团,其中R1在芳乙炔基团或者腈基的邻位,对位,间位,
本发明所述的邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体的制备是按如下方法合成的:
(1)单组份体系(一端含邻苯二甲腈、一端含芳乙炔酰亚胺)的合成
a.中间体1的合成
中间体1是将四酸二酐原料和含邻苯二甲腈胺原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h。然后用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏去除无水甲醇。之后经水洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得中间体1。
其中四酸二酐原料为
(其中R为O,CO,SO2,C(CF3)2等)
含邻苯二甲腈胺原料为
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:(1~1.2);滴加顺序为先加入二酐溶液,再缓慢滴加胺溶液。
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、六甲基磷酰三胺(DMTP)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP),溶剂用量保证反应液的固含量(羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%)在10-50%之间。
b.中间体2的合成
将中间体1加入乙酸酐中,在136~145℃下回流1-3h,减压蒸馏抽出乙酸酐,获得中间体2。
c.目标产物的合成
将中间体2和含芳乙炔胺原料按一定比例(中间体2/芳乙炔胺的mol比为1:1~1.2)投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3-6h。然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,再用活性炭脱色,抽滤,对滤饼减压干燥得目标产物。
含芳乙炔原料为(氨基可以在苯乙炔基的邻位,对位,间位):
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、六甲基磷酰三胺(DMTP)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP),溶剂用量保证反应液的固含量(羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%)在10-50%之间。
(2)多组分体系(每一种单体两端均为芳乙炔封端或邻苯二甲腈封端,
在同一单体中不同时存在芳乙炔和邻苯二甲腈)各单体的合成及多组分体系的制备。
a.多组分体系中各单体的合成,具体实施方法均与单组份体系基本相同。具体操作如下:
1.含邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体bn(n为1,2,3)的合成
将含邻苯二甲腈胺原料和四酸二酐原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h。然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得单体bn(n为1,2,3等)。
其中,四酸二酐原料为
(其中R为O,CO,SO2,C(CF3)2等)
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:(2~2.2);滴加顺序为先加入胺溶液,再加入二酐单体。
含邻苯二甲腈胺原料为(胺可以在醚键的邻位,间位,对位)
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、六甲基磷酰三胺(DMTP)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP),溶剂用量保证反应液的固含量(羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%)在10-50%之间。
2.含芳乙炔封端的酰亚胺单体cn(n为1,2,3)的合成
将含芳乙炔胺原料和四酸二酐原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h。然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得单体cn(n为1,2,3等)。
其中四酸二酐原料为
(其中R为O,CO,SO2,C(CF3)2等)
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:(2~2.2);滴加顺序为先加入胺溶液,再加入二酐单体。
含芳乙炔胺原料为(氨基可以在苯乙炔基的邻位,对位,间位):
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、六甲基磷酰三胺(DMTP)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP),溶剂用量保证反应液的固含量(羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%)在10-50%之间。
b.多组分体系制备
多组分体系中至少包含邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体和芳乙炔封端的单体各一种,将他们按一定的比例进行熔融共混或溶液共混(将固体投入溶剂中获均匀分散溶液即透明溶液或者乳状液),将共混后的混合物在真空加热条件下(40~100℃)干燥12~24h,将所得固体研磨后,即得所需多组分体系。
体系中苯乙炔基团含量和邻苯二甲腈基团含量的摩尔比范围为(0,1),其中不包括0和1。
熔融共混温度低于反应温度
溶液共混溶剂选择1,4-二氧六环、乙腈、丁酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷等低沸点溶剂。
3.单组份和多组分体系固化工艺参数
固化体系依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):160~200℃加热0~5小时;230~260℃加热0~5小时;330~370℃加热0.5~12小时;380~420℃加热0~10小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低。其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。固化体系的等温流变测试曲线显示固化体系在固化前的特性黏度均明显小于1Pa.s(0~0.5Pa.s),固化后的储能模量均高于106Pa,相对于纯的芳乙炔树脂的固化,其固化速度明显减慢,而相对于未加固化剂的邻苯二甲腈树脂的固化,固化速度明显加快,并且可以长时间保持较低的黏度,拓宽了加工窗口(例如:实施例1中的单体a1在350℃下完全固化需用时3h,而与其对应的苯乙炔封端的酰亚胺单体c1(如实例7所示),在350℃下仅需1h就可以完全固化,与a1对应的邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体b1(如实例7所示),在350℃下没有固化剂存在的情况下,需要24h以上也不能明显发生固化。),综合而言,获得了机械和加工性能俱优的高性能热固性树脂。热重分析(TGA)显示其热性能(以失重5%时的温度T5%,和800℃下的残炭率作为评价标准)与苯乙炔和邻苯二甲腈树脂差别不大,均具有优良的耐热性能【1.陈建升,李仲晓.高分子学报,2007,3:235-239。2.于晓慧,赵小刚.高等学校化学学报.2009,30:2297-2300。3.曾科,杨刚.热固性树脂,2012,27(1):58-63】。
注:所有的TGA数据均在升温速率10℃/min,氮气氛围下测得的。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明针对上述问题,提出了将以上三种结构(芳香族聚酰亚胺、聚邻苯二甲腈树脂和聚芳乙炔树脂)通过物理共混或者化学改性的方式同时引入到同一固化体系中,所谓物理共混即将芳乙炔封端的酰亚胺和邻苯二甲腈封端的酰亚胺按一定比例混合,固化体系中存在两种或两种以上单体,体系为混合物。而化学改性即合成一类芳乙炔和邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体,固化体系在理论上为纯净物。这类同时含有三种基团的固化体系可以充分发挥以上三种结构的优点,又可以使不同结构弥补或者改善另一结构的缺点。例如,芳乙炔和邻苯二甲腈基团的引入可以改善聚酰亚胺难以加工的的缺点,同时固化较快的芳乙炔基团和固化较慢的邻苯二甲腈基团可以相互协同,从而获得更宽的加工窗口和较温和的加工过程。本发明充分利用酰亚胺、芳乙炔和邻苯二甲腈基团各自的优点,通过在酰亚胺基团两端引入芳乙炔和邻苯二甲腈基团,来解决他们单独作为一类材料时的加工和使用缺陷。充分发挥这两种基团在在固化过程中的协同效应,从而获得一种加工和使用性能俱佳的新型材料,降低了加工难度,使质量控制更为容易。
本发明的有益效果在具体实施方式中进一步阐述。
具体实施方式
实施例1.
1.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
1.1.1.中间体1的合成
将3.10g的4,4′-联苯醚二酐(ODPA),投入到7ml的NMP中,待ODPA完全溶解后,在室温下向ODPA溶液中缓慢滴加溶有化合物B(化合物B的结构式如下合成流程所示)的NMP溶液(ODPA与化合物B的mol比为1:1,VNMP=(固体总质量(g)*2)mL),滴加完成后,在室温下反应6h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(ODPA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至100℃反应3h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得浓缩液水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得中间体1。
1.1.2.中间体2的合成
将1.64g的中间体1加入2ml的乙酸酐中,升温至136℃回流1h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2。
1.1.3.目标产物合成
将1.58g的中间体2,投入到3ml的NMP中,待D完全溶解后,加入溶有3-苯乙炔苯胺的NMP溶液(中间体2与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:1,VNMP=(固体总质量(g)*2)mL),在室温下反应6h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至100℃反应3h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,将滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,过滤除去活性炭,对滤液真空干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
1.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a1依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):160℃加热1小时;250℃加热1小时;330℃加热0.5小时;400℃加热1小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低。其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.01Pa.s,完全固化后的储能模量:5.52MPa
TGA:T5%:525.41℃,残炭率:71.58%
实施例2.
2.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a2的合成
2.1.1.中间体1的合成
将2.18g的均苯四甲酸酐(PMDA),投入到22ml的DMF中,待PMDA完全溶解后,在室温下向PMDA溶液中缓慢滴加溶有化合物B的DMF溶液(PMDA与化合物B的mol比为1:1.2,VDMF=(固体总质量(g)*10)mL)滴加完成后,在室温下反应12h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(PMDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至120℃反应6h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得中间体1。
2.1.2.中间体2的合成
将1.81g的中间体1加入2.5ml的乙酸酐中,升温至145℃回流3h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2.
2.1.3.目标产物合成
将1.74g的D,投入到17ml的DMF中,待D完全溶解后,,在室温下向D溶液中加入溶有3-苯乙炔苯胺的DMF溶液(中间体2与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:1.2,VDMF=(固体总质量(g)*10)mL),在室温下反应12h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至120℃反应6h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,过滤除去活性炭,对滤饼真空干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
2.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a2依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):200℃加热5小时;260℃加热5小时;370℃加热12小时;420℃加热10小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.04Pa.s完全固化后的储能模量:6.45MPa
TGA:T5%:521.69℃残炭率:72.01%
实施例3.
3.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a3的合成
3.1.1.中间体1的合成
将2.94g的3,3’,4,4’-联苯四甲酸酐(BPDA),投入到10ml的DMAc中,待BPDA完全溶解后,在室温下向BPDA溶液中缓慢滴加溶有化合物B(化合物B的结构式如下合成流程所示)的DMAc溶液(BPDA与化合物B的mol比为1:1.1,VDMAC=(固体总质量(g)*3.3)mL)滴加完成后,在室温下反应9h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(BPDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重得中间体1。
3.1.2.中间体2的合成
将2.11g的中间体1加入3ml的乙酸酐中,升温至140℃回流2h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2。
3.1.3.目标产物合成
将2.04g的D,投入到7ml的DMAc中,待D完全溶解后,在室温下向D溶液中加入溶有3-苯乙炔苯胺的DMAc溶液(中间体2与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:1.1,VDMAC=(固体总质量(g)*3.3)ml),在室温下反应9h。然后向反应液中加入加快乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,过滤除去活性炭,对滤饼真空干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
3.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a3依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热3小时;245℃加热3小时;350℃加热6小时;400℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.09Pa.s完全固化后的储能模量:6.42MPa
TGA:T5%:518.20℃残炭率:70.16%
实施例4.
4.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a4的合成
4.1.1.中间体1的合成
将3.22g的3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐(BTDA),投入到6.5ml的DMSO中,待BTDA完全溶解后,在室温下向BTDA溶液中缓慢滴加溶有化合物B的DMAc溶液(BTDA与化合物B的mol比为1:1,VDMSO=(固体总质量(g)*2)mL),滴加完成后,在室温下反应6h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(BTDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至100℃反应3h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得中间体1。
4.1.2.中间体2的合成
将2.23g的中间体1加入3ml的乙酸酐中,升温至136℃回流1h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2.
4.1.3.目标产物合成
将2.16ml的D,投入到4.5ml的DMSO中,待D完全溶解后,在室温下向D溶液中加入溶有2-苯乙炔苯胺的DMSO溶液(中间体2与2-苯乙炔苯胺的mol比为1:1,VDMSO=(固体总质量(g)*2)mL)在室温下反应6h。然后向反应液中加入加快乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至100℃反应3h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,过滤除去活性炭,对滤饼旋蒸干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
4.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a4依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):160℃加热1小时;230℃加热1小时;330℃加热0.5小时;380℃加热1小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.1Pa.s完全固化后的储能模量:5.65MPa
TGA:T5%:518.19℃残炭率:70.56%
实施例5.
5.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a5的合成
5.1.1.中间体1的合成
将4.44g的4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA),投入到45ml的NMP中,待6FDA完全溶解后,在室温下向6FDA溶液中缓慢滴加溶有3-氨基邻苯二甲腈的NMP溶液(6FDA与3-氨基邻苯二甲腈的mol比为1:1.2,VNMP=(固体总质量(g)*10)mL),滴加完成后,在室温下反应12h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(6FDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至120℃反应6h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重得中间体1。
5.1.2.中间体2的合成
将2.72g的中间体1加入3ml的乙酸酐中,升温至145℃回流3h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2.
5.1.3.目标产物合成
将2.65g的D,投入到27ml的NMP中,待D完全溶解后,在室温下向D溶液中加入溶有3-乙炔苯胺的NMP溶液(中间体2与3-乙炔苯胺的mol比为1:1.2,VNMP=(固体总质量(g)*10)mL),室温下反应12h。然后向反应液中加入加快乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至120℃反应6h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,过滤除去活性炭,对滤饼旋蒸干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
5.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a5依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):200℃加热5小时;260℃加热5小时;370℃加热12小时;420℃加热10小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.21Pa.s完全固化后的储能模量:6.31MPa
TGA:T5%:531.41℃残炭率:72.61%
实施例6.
6.1.单组份体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a6的合成
6.1.1.中间体1的合成
将3.58g的3,3’,4,4’-二苯砜四酸二酐(DSDA),投入到12ml的DMF中,待DSDA完全溶解后,在室温下向DSDA溶液中缓慢滴加溶有4-氨基邻苯二甲腈的DMF溶液(DSDA与4-氨基邻苯二甲腈的mol比为1:1.1,VDMF=(固体总质量(g)*3.3)mL),滴加完成后,在室温下反应9h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(DSDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得中间体1。
6.1.2.中间体2的合成
将2.00g的中间体1加入2.5ml的乙酸酐中,升温至140℃回流2h,过夜,减压蒸馏抽除乙酸酐,即得中间体2.
6.1.3.目标产物合成
将1.93g的D,投入到7ml的DMF中,待D完全溶解后,在室温下向D溶液中加入溶有3-苯乙炔苯胺的DMF溶液(中间体2与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:1.1,VDMF=(固体总质量(g)*3.3)mL),室温下反应9h。然后向反应液中加入加快乙酸酐和吡啶(D:乙酸酐:吡啶的mol比为1:6:6),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后对反应液水洗-抽滤-滤饼水洗-抽滤得滤饼,滤饼进行如下处理:甲醇搅洗,抽滤,滤饼溶解在丙酮中,加入活性炭脱色,抽滤除去活性炭,对旋蒸干燥得目标产物。
总合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
6.2.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺树脂的制备
将上述单体a6依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热3小时;245℃加3小时;350℃加热6小时;400℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.10Pa.s完全固化后的储能模量:4.57MPa
TGA:T5%:511.80℃残炭率:69.87%
实施例7.
7.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b1和苯乙炔封端的酰亚胺单体c1的合成
7.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b1的合成
将4.70g的化合物B(结构式如下合成流程所示),投入到16ml的DMAc中,待化合物B完全溶解后,在室温下向其中加入3.10g的ODPA(ODPA与化合物B的mol比为1:2,VDMAc=(固体总质量(g)*2)mL),滴加完成后,在室温下反应6h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(ODPA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至100℃反应3h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得单体b1。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
7.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c1的合成
将3.86g的3-苯乙炔苯胺,投入到14ml的DMAc中,待3-苯乙炔苯胺完全溶解后,在室温下向3-苯乙炔苯胺溶液中加入3.10g的ODPA(ODPA与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:2,VDMAc=(固体总质量(g)*2)mL),滴加完成后,在室温下反应6h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(ODPA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至100℃反应3h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重后得c1。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
7.1.3.多组分体系的制备
取3.30g的单体c1溶于四氢呋喃(THF)中,然后向其中加入3.72g的单体b1(单体c1和b1的mol比为1:1),搅拌12h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在70℃下真空干燥12h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c1和b1与溶剂的配比为10g/L。
7.2.共混体系树脂的制备
将上述多组分混合物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热2小时;250℃加热2小时;360℃加热8小时;400℃加热4小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.05Pa.s完全固化后的储能模量:6.63MPa
TGA:T5%:527.37℃残炭率:73.12%
实施例8.
8.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2和苯乙炔封端的酰亚胺单体c2的合成
8.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2的合成
将5.18g的化合物B(结构式如下合成流程所示),投入到74ml的DMSO中,待化合物B完全溶解后,在室温下向化合物B溶液中加入2.18g的均苯四甲酸酐(PMDA)(PMDA与化合物B的mol比为1:2.2,VDMSO=(固体总质量(g)*10)mL),滴加完成后,在室温下反应12h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(PMDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至120℃反应6h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼放真空干燥至恒重得单体b2。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
8.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c2的合成
将4.25g的3-苯乙炔苯胺,投入到65ml的DMSO中,待3-苯乙炔苯胺完全溶解后,在室温下向3-苯乙炔苯胺溶液中加入2.18g的PMDA(PMDA与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:2.2,VDMSO=(固体总质量(g)*10)mL),滴加完成后,在室温下反应12h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(PMDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至120℃反应6h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重得单体c2。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
8.1.3.多组分体系的制备
取3.98g的单体c2溶于二氯甲烷中,然后向其中加入1.96g的单体b2(单体c2和b2的mol比为7:3),搅拌24h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在50℃下真空干燥24h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c2和b2与溶剂的配比为7g/L。
8.2.共混体系树脂的制备
将上述多组分混合物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):190℃加热4小时;240℃加热3小时;360℃加热7小时;390℃加热6小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.08Pa.s完全固化后的储能模量:6.34MPa
TGA:T5%:532.33℃残炭率:73.21%
实施例9.
9.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b3和苯乙炔封端的酰亚胺单体c3的合成
9.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b3的合成
将4.94g的化合物B,投入到27ml的NMP中,待化合物B完全溶解后,在室温下向化合物B溶液中加入2.94g的BPDA(BPDA与化合物B的mol比为1:2.1,VNMP=(固体总质量(g)*3.3)mL),滴加完成后,在室温下反应9h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(BPDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重得单体b3。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
9.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c3的合成
将4.06g的3-苯乙炔苯胺,投入到24ml的NMP中,待3-苯乙炔苯胺完全溶解后,在室温下向3-苯乙炔苯胺溶液中加入2.94g的BPDA(BPDA与3-苯乙炔苯胺的mol比为1:2.1,VNMP=(固体总质量(g)*3.3)mL),在室温下反应9h。然后向反应液中加入乙酸酐和吡啶(BPDA:乙酸酐:吡啶的mol比为1:12:12),加料完成后升温至110℃反应4.5h。然后降温,用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏除去甲醇。之后,将所得固体水洗,抽滤,对滤饼真空干燥至恒重得单体c3。
合成流程如下:
1H-NMR测试,确定目标产物结构。
9.1.3.多组分体系的制备
取3.87g的单体c3溶于THF中,然后向其中加入2.91g的单体b3(单体c3和单体b3的mol比为6:4),搅拌18h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在70℃下真空干燥18h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c3和b3与溶剂的配比为9g/L。
9.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热4小时;240℃加热4小时;350℃加热5小时;400℃加热9小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.07Pa.s完全固化后的储能模量:5.89MPa
TGA:T5%:530.26℃残炭率:72.98%
实施例10.
10.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b1和苯乙炔封端的酰亚胺单体c2的合成
10.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b1的合成
单体b1的合成方法见实施例7。
10.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c2的合成
单体c2的合成方法见实施例8。
10.1.3.多组分体系的制备
取3.41g的单体c2溶于丁酮中,然后向其中加入2.98g的单体b1(单体c2和b1的mol比为6:4),搅拌18h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在60℃下真空干燥18h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c2和b1与溶剂的配比为4g/L。
10.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):200℃加热5小时;260℃加热4小时;370℃加热12小时;40℃加热10小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.05Pa.s完全固化后的储能模量:6.93MPa
TGA:T5%:525.88℃残炭率:71.72%
实施例11.
11.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2和苯乙炔封端的酰亚胺单体c3的合成
11.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2的合成
单体b2的合成方法见实施例8。
11.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c3的合成
单体c3的合成方法见实施例9。
11.1.3.多组分体系的制备
取2.58g的单体c3溶于乙酸乙酯中,然后向其中加入3.92g的单体b2(单体c3和b2的mol比为4:6,,搅拌24h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在70℃下真空干燥24h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c3和b2与溶剂的配比为6g/L。
11.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热3小时;250加热3时;350℃加热6小时;400℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.01Pa.s完全固化后的储能模量:5.87MPa
TGA:T5%:522.11℃残炭率:70.09%
实施例12.
12.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2和苯乙炔封端的酰亚胺单体c1的合成
12.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b2的合成
单体b2的合成方法见实施例8。
12.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c1的合成
单体c1的合成方法见实施例7。
12.1.3.多组分体系的制备
取4.92g的单体c1溶于四氢呋喃中,然后向其中加入1.96g的单体b2(单体c1和b2的mol比为7:3),搅拌18h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在60℃下真空干燥18h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c1和单体b2的混合比例(mol比)为7:3,单体c1和b2与溶剂的配比为8g/L。
12.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):160℃加热1小时;240℃加热1小时;330℃加热0.5小时;380℃加热1小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.11Pa.s完全固化后的储能模量:6.03MPa
TGA:T5%:528.01%残炭率:74.21%
实施例13.
13.1.多组分体系邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b3和苯乙炔封端的酰亚胺单体c2的合成
13.1.1.邻苯二甲腈封端酰亚胺单体b3的合成
单体b3的合成方法见实施例9。
13.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c2的合成
单体c2的合成方法见实施例8。
13.1.3.多组分体系的制备
取4.55g的单体c2溶于1,4-二氧六环中,然后向其中加入1.46g单体b3(单体c2和b3的mol比为8:2),搅拌24h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在90℃下真空干燥24h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c2和b3与溶剂的配比为3g/L。
13.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):180℃加热3小时;250℃加热3小时;360℃加热5小时;400℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.06Pa.s完全固化后的储能模量:4.76MPa
TGA:T5%:515.41℃残炭率:70.01%
实施例14.
14.1.多组分体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1和苯乙炔封端的酰亚胺单体c1的合成
14.1.1.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
单体a1的合成方法见实施例1。
14.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c1的合成
单体c1的合成方法见实施例7。
14.1.3.多组分体系的制备
取1.32g的单体c1溶于乙酸乙酯中,然后向其中加入5.62g单体a1(单体c1和a1的mol比为2:8),搅拌18h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在70℃下真空干18h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c1和a1与溶剂的配比为5g/L。
14.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):160℃加热1小时;220℃加热2小时;330℃加热0.5小时;380℃加热1小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰明显减弱。
流变测试:初始黏度:0.09Pa.s完全固化后的储能模量:6.30MPa
TGA:T5%:527.90℃残炭率:72.31%
实施例15.
15.1.多组分体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1和苯乙炔封端的酰亚胺单体c2的合成
15.1.1.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
单体a1的合成方法见实施例1
15.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体c2的合成
单体c2的合成方法见实施例8
15.1.3.多组分体系的制备
取1.71g的单体c2溶于丁酮中,然后向其中加入4.92g的单体a1(单体c2和单体a1的mol比为3:7),搅拌12h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在70℃下真空干燥12h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体c2和a1与溶剂的配比为2g/L。
15.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):190℃加热2小时;230℃加热2小时;340℃加热8小时;400℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.13Pa.s完全固化后的储能模量:5.78MPa
TGA:T5%:529.14℃残炭率:73.18%
实施例16.
16.1.多组分体系邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1和邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a2的合成
16.1.1.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
单体a1的合成方法见实施例1
16.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体a2的合成
单体a2的合成方法见实施例2
16.1.3.多组分体系的制备
取3.66g的单体a2溶于四氢呋喃中,然后向其中加入2.81g的单体a1(单体a2和a1的mol比为6:4,搅拌24h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在60℃下真空干燥24h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体a2和a1与溶剂的配比为3g/L。
16.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):170℃加热5小时;240℃加热4小时;370℃加热12小时;380℃加热1小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰明显减弱。
流变测试:初始黏度:0.21Pa.s完全固化后的储能模量:5.02MPa
TGA:T5%:514.43℃残炭率:70.98%
实施例17.
17.1.多组分体系邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体b1和邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
17.1.1.邻苯二甲腈和苯乙炔封端的酰亚胺单体a1的合成
单体a1的合成方法见实施例1
17.1.2.芳乙炔封端酰亚胺单体b1的合成
单体b1的合成方法见实施例7
17.1.3.多组分体系的制备
取3.51g的单体a1溶二氯甲烷中,然后向其中加入3.72g的单体b1(单体a1和b1的mol比为5:5),搅拌18h后,将混合溶液用旋转蒸发仪在真空条件下旋干并在40℃下真空干18h。将所得的固体粉末用研钵研碎,即制得多组分体系混合样。
注:单体a1和b1与溶剂的配比为9g/L。
17.2.共混体系树脂的制备
将上述共混物依次按以下程序进行固化(氮气氛围或氧气氛围):190℃加热2小时;230℃加热3小时;370℃加热10小时;380℃加热5小时即可。固化产物与原料的IR特征峰相比,主要表现为:苯乙炔基的IR特征峰2208cm-1和邻苯二甲腈基的IR特征峰2234cm-1出现不同程度的积分面积降低,其中,2208cm-1峰完全消失,2234cm-1峰未完全消失,但表现出明显的减弱。
流变测试:初始黏度:0.11Pa.s完全固化后的储能模量:4.72MPa
TGA:T5%:518.03℃残炭率:71.12%。
Claims (7)
1.一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,按以下步骤进行:
(1)单组份体系即一端含邻苯二甲腈、一端含芳乙炔酰亚胺的合成;
(1a)、中间体1的合成
中间体1是将四酸二酐原料和含邻苯二甲腈胺原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h,然后用无水甲醇沉淀,过滤,收集滤液,将滤液减压蒸馏去除无水甲醇,之后经水洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得中间体1;
其中,四酸二酐原料为
其中R为O,CO,SO2或C(CF3)2,
含邻苯二甲腈胺原料为
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:1~1.2;滴加顺序为先加入二酐溶液,再缓慢滴加胺溶液;
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAc、六甲基磷酰三胺DMTP、二甲基亚砜DMSO或N-甲基吡咯烷酮NMP,溶剂用量保证反应液的固含量即羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%在10-50%之间;
(1b)、中间体2的合成
将中间体1加入乙酸酐中,在136~145℃下回流1-3h,减压蒸馏抽出乙酸酐,获得中间体2;
(1c)、目标产物的合成
将中间体2和含芳乙炔胺原料按中间体2/含芳乙炔胺的摩尔比为1:1~1.2投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3-6h,然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,再用活性炭脱色,抽滤,对滤饼减压干燥得目标产物;
上述含芳乙炔胺原料为
氨基在苯乙炔基的邻位,对位或间位,
上述极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、六甲基磷酰三胺(DMTP)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP),溶剂用量保证反应液的固含量即羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%在10-50%之间;
(2)多组分体系中各单体的合成及多组分体系的制备,上述多组分体系指每一种单体两端均为芳乙炔封端或邻苯二甲腈封端,在同一单体中不同时存在芳乙炔和邻苯二甲腈;
(2a)、含邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体bn的合成,n为1,2,3,
将含邻苯二甲腈胺原料和四酸二酐原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h;然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得单体bn,n为1,2,3,
其中
四酸二酐原料为
其中R为O,CO,SO2或C(CF3)2,
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:(2~2.2);滴加顺序为先加入胺溶液,再加入二酐单体,
含邻苯二甲腈胺原料为
胺在醚键的邻位,间位,对位,
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAc、六甲基磷酰三胺DMTP、二甲基亚砜DMSO或N-甲基吡咯烷酮NMP,溶剂用量保证反应液的固含量即羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%在10-50%之间;
(2b)、含芳乙炔封端的酰亚胺单体cn的合成,n为1,2,3,
将含芳乙炔胺原料和四酸二酐原料按一定比例投入极性溶剂中,在室温下反应6~12h,之后向反应液中加入乙酸酐和吡啶,在温度100~120℃下反应3~6h;然后对反应液经水洗,抽滤得滤饼,将滤饼用甲醇搅洗,抽滤,收集滤饼,对滤饼干燥至恒重后得单体cn,n为1,2,3,
其中四酸二酐原料为
其中R为O,CO,SO2或C(CF3)2,
四酸二酐原料/胺原料的mol比为1:(2~2.2);滴加顺序为先加入胺溶液,再加入二酐单体,
含芳乙炔胺原料为
氨基在苯乙炔基的邻位,对位,间位,
极性溶剂选择N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAc、六甲基磷酰三胺DMTP、二甲基亚砜DMSO、N-甲基吡咯烷酮NMP,溶剂用量保证反应液的固含量即羧酸原料+胺原料的总质量W除以溶剂体积V×100%在10-50%之间;
(2c)、多组分体系制备
多组分体系中至少包含邻苯二甲腈封端的酰亚胺单体和芳乙炔封端的单体各一种,将他们按一定的比例进行熔融共混或溶液共混,将共混后的混合物在真空40~100℃加热条件下干燥12~24h,将所得固体研磨后,即得所需多组分体系。
2.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述步骤(1c)中的极性溶剂与步骤(1a)中的极性溶剂相同。
3.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述步骤(2b)中的极性溶剂与步骤(2a)中的极性溶剂相同。
4.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述溶液共混溶剂选择1,4-二氧六环、乙腈、丁酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷。
5.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述熔融共混温度低于反应温度。
6.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述多组分体系中苯乙炔基团含量和邻苯二甲腈基团含量的摩尔比范围为(0,1),其中不包括0和1。
7.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈和芳乙炔封端的芳酰亚胺的合成方法,其特征是,所述四酸二酐原料选自
均苯四甲酸酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸酐、3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐、4,4’-(六氟乙丙烯)二酞酸酐、3,3’,4,4’-二苯砜四酸二酐;所述含邻苯二甲腈胺原料逐一对应选自3-(苯氧基-3,4-二腈基苯)苯胺、3-(苯氧基-3,4-二腈基苯)苯胺、4-(苯氧基-3,4-二腈基苯)苯胺、2-(苯氧基-3,4-二腈基苯)苯胺、3-氨基邻苯二甲腈、4-氨基邻苯二甲腈;所述极性溶剂逐一对应选自N-甲基吡咯烷酮NMP、N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAc、六甲基磷酰三胺DMTP、二甲基亚砜DMSO或N-甲基吡咯烷酮NMP或N,N-二甲基甲酰胺DMF;所述芳乙炔胺均为3-苯乙炔苯胺。
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