本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺及其制備方法和應(yīng)用，所述聚酰胺的二酸單體為：呋喃二甲酸或其衍生物、呋喃二甲酸或其衍生物與芳香二酸或脂肪族二酸的混合物或者二酸共聚單體；二胺單體為：含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物、含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物與脂肪族二胺的混合物或者二胺共聚單體；聚酰胺的數(shù)均分子量為5000?200000。制備方法包括：在130℃惰性氣體保護下，將金屬鹽加入到極性溶劑中，加入二酸單體和二胺單體，加入催化劑，分段升溫反應(yīng)，即得。本發(fā)明專利技術(shù)的產(chǎn)品原料來源豐富且可循環(huán)、產(chǎn)物性能優(yōu)異且可循環(huán)加工利用、環(huán)境污染小且工藝流程簡單，可作為高性能聚酰胺材料用在各工程材料領(lǐng)域。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于聚酰胺及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
全芳香聚酰胺(尤其是PPTA)由于特殊的剛性結(jié)構(gòu)及高密度氫鍵而具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕、絕緣、抗老化、生命周期長等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、防彈制品、建材、特種防護服裝、電子設(shè)備等領(lǐng)域。傳統(tǒng)芳香聚酰胺的單體之一對苯二甲酸/酰氯、間苯二甲酸/酰氯來源于石油化工原料，不僅造成了嚴重的環(huán)境污染還加劇了能源危機。在節(jié)能環(huán)保理念深入人心的當今社會，發(fā)展取代石化基的可循環(huán)生物質(zhì)工程材料顯得尤為重要。傳統(tǒng)芳香聚酰胺由于結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，使其只能溶解在有限的溶劑(濃硫酸)中，這在很大程度上限制了其加工過程和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大。呋喃二甲酸及其衍生物來源于生物質(zhì)，蘊量巨大且可循環(huán)利用，研究表明其性能類似于石化產(chǎn)品對苯二甲酸、間苯二甲酸等。開發(fā)可溶性的呋喃基聚酰胺制品并將其運用在紡絲領(lǐng)域，解決了環(huán)境污染和資源緊張的難題，同時拓寬了這種高性能聚酰胺的加工方法和紡絲工藝。碳納米粒子具有優(yōu)異的光、電、熱、磁等性能，利用碳納米粒子的親雙烯性將其與呋喃基聚酰胺結(jié)合，可以有效改善納米粒子的分散性，同時將其優(yōu)異的性能引入到聚酰胺材料中，制備具有碳納米粒子優(yōu)異性能的聚合物/碳納米粒子復(fù)合材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺及其制備方法和應(yīng)用，該聚酰胺原料來源豐富且可循環(huán)、產(chǎn)物性能優(yōu)異且可循環(huán)加工利用、環(huán)境污染小且工藝流程簡單，可以作為一種高性能聚酰胺材料應(yīng)用在各種工程材料領(lǐng)域。本專利技術(shù)的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，所述芳香聚酰胺的二酸單體為：呋喃二甲酸或者其衍生物、呋喃二甲酸及其衍生物與芳香二酸的混合物或者二酸共聚單體、呋喃二甲酸或其衍生物與脂肪族二酸的混合物或者二酸共聚單體；二胺單體為：含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物、含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物與脂肪族二胺的混合物或者二胺共聚單體；芳香聚酰胺的數(shù)均分子量為5000-200000。所述半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺的結(jié)構(gòu)式為：所述呋喃二甲酸的衍生物為呋喃二甲酰氯；芳香二酸包括：對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、1，3，5-三嗪芳香二酸；脂肪族二酸包括：馬來酸、月桂酸、富馬酸、草酸、檸康酸。所述芳香二胺包括：間苯二胺、4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯砜、4,4-二氨基二苯醚、3,4-二氨基二苯醚、2,3-二氨基甲苯、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲基聯(lián)苯胺、聯(lián)苯胺和2,4-二氨基甲苯；脂肪族二胺包括：乙二胺、己二胺、1,3-丙二胺、N,N-二甲基乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-環(huán)己二胺、癸二胺及雜原子取代二胺。所述雜原子為F、Cl、Br、I及N、O、S、P、OH或NH2。本專利技術(shù)的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺的制備方法，包括：(1)在90℃惰性氣體保護下，將金屬鹽加入到極性溶劑中，然后加入二酸單體，得到二酸溶液；其中，二酸單體為：呋喃二甲酸或者其衍生物、呋喃二甲酸及其衍生物與芳香二酸的混合物或者二酸共聚體、呋喃二甲酸與脂肪族二酸的混合物或者二酸共聚單體；(2)將二胺單體加入到步驟(1)中的二酸溶液中，混合后加入催化劑，110℃反應(yīng)半h，然后升溫至130℃反應(yīng)4h，分離，得到半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺；其中，二胺單體為：含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物、含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物與脂肪族二胺的混合物或者二胺共聚單體。所述步驟(1)中氮氣、氬氣或氦氣。所述步驟(1)中金屬鹽為堿金屬鹽或堿土金屬鹽；極性溶劑為NMP、DMAC、DMF或DMSO；金屬鹽的加入量為3.3mol/mol二酸單體。所述堿金屬鹽為LiCl；堿土金屬鹽為CaCl2。所述步驟(2)中催化劑為吡啶和亞磷酸三苯酯的混合物；極性溶劑(步驟(1)中的極性溶劑):吡啶＝5:1(體積比)；亞磷酸三苯酯：二酸或二胺＝2.2:1(摩爾比)。所述步驟(2)中二胺單體的衍生物包括分子上的氫原子被某些原子取代的產(chǎn)品，取代雜原子包括鹵素如F、Cl、Br、I及N、O、S、P、OH、NH2。后處理的析出溶劑為丙酮、甲醇或水等非溶劑；此處的后處理是指步驟2中的分離過程。本專利技術(shù)的半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺的應(yīng)用，所述半生物質(zhì)呋喃基可溶性聚酰胺應(yīng)用于制備高強度膜材料、可修復(fù)膜材料、耐高溫工程材料、聚合物/納米粒子復(fù)合材料、聚酰胺紡織品和碳納米粒子改性的纖維。所述聚合物/納米粒子復(fù)合材料包括聚合物/碳納米粒子復(fù)合材料；聚合物/碳納米粒子復(fù)合材料具有優(yōu)異的光、電、熱、磁等功能；碳納米粒子包括石墨烯、富勒烯、碳納米管。所述碳納米粒子改性的纖維為各種短纖、長纖、織物以及碳納米粒子改性增強纖維、碳納米粒子功能纖維。將本專利技術(shù)中的聚合物溶解在溶劑中，得到均勻的聚合物溶液；采用流延成膜、質(zhì)子交換成膜等常用成膜方法，制備得到聚合物膜材料；聚合物溶液中加入馬來酰亞胺可得到可修復(fù)膜；聚合物溶液中加入納米粒子可制備得到納米粒子復(fù)合膜。將本專利技術(shù)的聚合物溶解在極性溶劑中(可加入納米粒子)，得到混合溶液；然后通過干法紡絲、濕法紡絲、干噴濕紡法、相分離紡絲法、凍膠紡絲法、乳液或懸液紡絲或者液晶紡絲等紡絲方法紡織得到聚合物纖維材料或納米粒子改性纖維材料；將得到的纖維材料制成各種短纖、長纖、織物或服裝等纖維產(chǎn)品。將所述聚合物溶解在適當?shù)娜軇┲?NMP、DMAC、DMSO)形成紡絲原液，通過任何適宜的紡絲方法(比如干法紡絲、濕法紡絲、干噴濕紡法、相分離紡絲法、凍膠紡絲法、乳液或懸液紡絲法、液晶紡絲)進行紡絲，得到短纖、長纖、織物等紡織品。如圖4為凝膠紡絲工藝過程。所述聚酰胺為嵌段共聚物時，制備過程中，先得到呋喃基或者苯基的低聚物，然后加入二酸和二胺單體的混合單體溶液，繼續(xù)聚合得到嵌段聚合物。本專利技術(shù)中的二胺單體的結(jié)構(gòu)中含有碳鏈時，得到的聚合物既具有苯環(huán)的剛性結(jié)構(gòu)又有碳鏈的柔性結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)的聚合物的薄膜制品被用來制備可修復(fù)膜材料。膜材料可由任何已知的技術(shù)制備得到，如流延成膜、質(zhì)子交換膜、吹塑成膜等。所述聚合物由于結(jié)構(gòu)上有呋喃基團，利用呋喃基團與馬來酰亞胺基團的可逆D-A環(huán)化加成反應(yīng)制備可修復(fù)膜材料，這種膜材料在低溫下交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高溫下解交聯(lián)成單體。該修復(fù)膜可以應(yīng)用在手機、平板電腦、液晶顯示器的膜材料。其中，可修復(fù)膜機理(D-A反應(yīng)的溫度可本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，其特征在于，所述芳香聚酰胺的二酸單體為：呋喃二甲酸或者其衍生物、呋喃二甲酸或其衍生物與芳香二酸的混合物或者二酸共聚單體、呋喃二甲酸或其衍生物與脂肪族二酸的混合物或者二酸共聚單體；二胺單體為：含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物、含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物與脂肪族二胺的混合物或者二胺共聚單體；芳香聚酰胺的數(shù)均分子量為5000?200000。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，其特征在于，所述芳香聚酰胺的二酸單體
為：呋喃二甲酸或者其衍生物、呋喃二甲酸或其衍生物與芳香二酸的混合物或者二酸共聚
單體、呋喃二甲酸或其衍生物與脂肪族二酸的混合物或者二酸共聚單體；二胺單體為：含對
苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物、含對苯二胺結(jié)構(gòu)的芳香二胺及其衍生物與脂肪族二胺
的混合物或者二胺共聚單體；芳香聚酰胺的數(shù)均分子量為5000-200000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，其特征在于，所述半
生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺的結(jié)構(gòu)式為：3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，其特征在于，所述呋
喃二甲酸的衍生物為呋喃二甲酰氯；芳香二酸包括：對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、
1，3，5-三嗪芳香二酸；脂肪族二酸包括：馬來酸、月桂酸、富馬酸、草酸、檸康酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性芳香聚酰胺，其特征在于，所述芳
香二胺包括：間苯二胺、4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯砜、4,4-二氨基二苯醚、3,4-
二氨基二苯醚、2,3-二氨基甲苯、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲基-4,4′-二氨
基二苯甲烷、3,3′-二甲基聯(lián)苯胺、聯(lián)苯胺和2,4-二氨基甲苯；脂肪族二胺包括：乙二胺、己
二胺、1,3-丙二胺、N,N-二甲基乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-環(huán)己二胺、癸二胺及雜原子取代二
胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種半生物質(zhì)呋喃基可溶性方向聚酰胺，其特征在于，所述雜
原子為F、Cl...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王彥，胡祖明，于俊榮，諸靜，羅開舉，
申請(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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