一种聚芳醚树脂及其制备方法与流程

本发明涉及树脂
技术领域：
，尤其涉及一种聚芳醚树脂及其制备方法。
背景技术：
：聚芳醚类树脂是一类具有独特的耐热性、耐疲劳性、耐吸湿、化学稳定性和介电性等诸多优异性能的工程塑料，广泛应用于航空航天、电子信息、核能和精密仪器等领域中。结晶型聚芳醚树脂难溶于一般有机溶剂中，具有良好的耐热性，但当温度超过玻璃化转变温度之后，其模量迅速下降，并且生产加工需要较高温度，限制了其应用范围。近年来人们通过在聚芳醚树脂分子主链上引入支化结构、杂原子、大分子侧基等方式合成了无定型聚芳醚树脂，这种树脂可溶于常用极性有机溶剂中，极大地改善了树脂的加工性能。为了满足某些特殊情况下的使用要求，如耐温、耐溶剂、老化等，可考虑在聚芳醚树脂结构中引入可交联基团，使其既可采用热塑性材料的加工方法成型，又可通过热处理使其交联成为热固性材料。中国专利CN104558586B公开了一种含烯丙基可交联偶氮聚芳醚材料及其制备方法，首次将偶氮基团和可交联烯丙基基团引入同一体系，利用烯丙基可交联的特性，有助于提高聚合物的玻璃化转变温度。现有技术提供的聚芳醚树脂的热交联温度普遍在300℃以上，大大增加了工业生产中对工艺及设备的要求，加工成型困难，限制了其生产应用。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚芳醚树脂及其制备方法，本发明提供的聚芳醚树脂具有较低的交联温度。本发明提供了一种聚芳醚树脂，具有式I结构：式I中，a为1～100，b为1～100，n为0～2；Ar1和Ar2独立地选自式101～式104中的一种：M选自式201～式207中的一种：优选的，所述聚芳醚树脂的数均分子量为3×103～2×105g/mol。本发明提供了一种上述技术方案所述的聚芳醚树脂的制备方法，包括：在脱水剂和催化剂的作用下，将具有式II结构的聚合物和具有式III的结构的化合物在有机溶剂中进行酯化反应，得到聚芳醚树脂；式II中，a为1～100，b为1～100；Ar1和Ar2独立地选自式101～式104中的一种：M选自式201～式207中的一种：式III中，n为0～2。优选的，所述脱水剂选自N,N’-二环己基碳二亚胺、N,N’-二异丙基碳二亚胺或1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。优选的，所述催化剂为4-二甲氨基吡啶。优选的，所述有机溶剂选自四氢呋喃或二甲基亚砜。优选的，所述具有式II结构的聚合物与所述具有式III结构的化合物的摩尔比为(1～10)：(1～1.2)。优选的，所述脱水剂与所述具有式III结构的化合物的摩尔比为(1～5):1；所述催化剂与所述脱水剂的摩尔比为(0.1～1)：1。优选的，所述酯化反应的温度为10～40℃。优选的，所述酯化反应的时间为12～72h。与现有技术相比，本发明提供的聚芳醚树脂具有式I结构，侧链的萘环结构有助于改善聚合物的溶解性能，降低材料的介电常数，同时萘环结构具有较高的交联活性，选用萘环结构改性聚芳醚树脂可使树脂在相对较低的温度下发生交联反应，降低了生产加工难度。本发明提供的聚芳醚树脂，可溶于常用的有机溶剂中，在200～250℃温度下即可交联，交联后树脂具有良好的热稳定性及耐溶剂性，使其有望用于电子信息等领域。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1制备得到的聚芳醚树脂的核磁共振谱图；图2为本发明实施例1制备得到的聚芳醚树脂的红外谱图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种聚芳醚树脂，具有式I结构：式I中，a为1～100，优选为10～80，更优选为20～50；b为1～100，优选为20～80，更优选为40～60；n为0～2，优选为0、1或2；Ar1和Ar2独立地选自式101～式104中的一种：Ar1优选为式101～式104结构中的一种，Ar2优选为式101结构、式102结构或式104结构；M选自式201～式207中的一种：M优选为式203结构、式204结构、式206结构或式207结构。在本发明中，所述聚芳醚树脂优选具有式A-1～式A-4所示的结构：式A-1～式A-4中的a、b和n与式I中的a、b和n一致，在此不再赘述。在本发明中，所述聚芳醚树脂的数均分子量优选为3×103～2×105g/mol，更优选为5×103～1×105g/mol，最优选为1×104～6×104g/mol。本发明提供了具有式I结构的聚芳醚树脂，侧链的萘环结构有助于改善聚合物的溶解性能，降低材料的介电常数，同时萘环结构具有较高的交联活性，选用萘环结构改性聚芳醚树脂可使树脂在相对较低的温度下发生交联反应，降低了生产加工难度。本发明提供的聚芳醚树脂，可溶于常用的有机溶剂中，在200～250℃温度下即可交联，交联后树脂具有良好的热稳定性及耐溶剂性，使其有望用于电子信息等领域。本发明提供了一种上述技术方案所述的聚芳醚树脂的制备方法，包括：在脱水剂和催化剂的作用下，将具有式II结构的聚合物和具有式III的结构的化合物在有机溶剂中进行酯化反应，得到聚芳醚树脂；式II中，a为1～100，b为1～100；Ar1和Ar2独立地选自式101～式104中的一种：M选自式201～式207中的一种：式III中，n为0～2。在本发明中，所述脱水剂优选选自N,N’-二环己基碳二亚胺、N,N’-二异丙基碳二亚胺或1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。在本发明中，所述催化剂优选为4-二甲氨基吡啶。在本发明中，所述式II中a、b、Ar1、Ar2和M与上述技术方案所述式I中的a、b、Ar1、Ar2和M一致，在此不再赘述。本发明对式II结构聚合物的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可，如可按照申请号为201310440208.0的专利进行制备。在本发明中，优选采用酚酞啉、4,4’-二氟二苯酮、2,6-二氯苯腈在催化剂存在下进行亲核缩聚反应，得到具有式II结构的聚合物。在本发明中，所述式II结构的聚合物优选具有式B-1～式B-4所示的结构：式B-1～式B-4中的a、b与式I中的a、b一致，在此不再赘述。在本发明中，式III结构中的n与上述技术方案所述式I结构中的n一致，在此不再赘述。在本发明中，具有式III结构的化合物优选为1-萘酚、2-萘酚、1-萘甲醇、2-萘甲醇、1-萘乙醇或2-萘乙醇。本发明对所述式III结构化合物的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。在本发明中，所述有机溶剂优选选自四氢呋喃或二甲基亚砜。在本发明中，所述具有式II结构的聚合物与所述具有式III结构的化合物的摩尔比优选为(1～10):(1～1.2)，更优选为(2～8):(1～1.2)，最优选为(3～6):(1～1.2)。在本发明中，所述脱水剂与所述具有式III结构的化合物的摩尔比优选为(1～5):1，更优选为(2～4):1，最优选为3:1。在本发明中，所述催化剂与所述脱水剂的摩尔比优选为(0.1～1)：1，更优选为(0.2～0.8)：1，最优选为(0.3～0.6)：1。在本发明中，所述具有式II结构的聚合物与所述有机溶剂的质量比优选为(5～25):(95～75)，更优选为(10～20):(90～80)，最优选为15:85。在本发明中，所述酯化反应的温度优选为10～40℃，更优选为15～30℃，最优选为20～25℃。在本发明中，所述酯化反应的时间优选为12～72h，更优选为20～60h，最优选为24～48h。本发明提供的方法将萘环结构接枝到含侧羧基的聚芳醚树脂上，得到具有式I结构的可交联聚芳醚树脂。这种聚芳醚树脂易溶于常用的有机溶剂，便于生产加工。通过控制萘环结构的接枝率可做到树脂可控交联，交联后的聚芳醚树脂具有较高的耐温性能、耐溶剂性及良好的机械性能。而且，本发明制备的聚芳醚树脂可在200℃～250℃进行交联反应，降低了生产加工难度，大体积侧基有助于降低材料的介电常数，使其有望用于电子信息等领域。本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。实施例1在100mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、0.66g(0.003mol)4,4’-二氟二苯酮、1.21g(0.007mol)2,6-二氯苯腈、2.77g(0.02mol)碳酸钾、16mL二甲基亚砜(DMSO)和16mL甲苯，通入氮气并搅拌，在130℃下回流带水2h，蒸出全部甲苯，缓慢升温至175℃反应3h，降温并加入15mL二甲基乙酰胺(DMAC)稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将0.5g(1mmol)的上述中间产物、0.15g(1mmol)的1-萘酚、0.21g(1mmol)二环己基碳二亚胺(DCC)、0.01g(0.1mmol)4-二甲氨基吡啶(DMAP)加入到20mL四氢呋喃(THF)中，在20℃下进行酯化反应，24h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例1制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果如图1和图2所示，图1为本发明实施例1制备得到的聚芳醚树脂的核磁共振谱图，图2为本发明实施例1制备得到的聚芳醚树脂的红外谱图，由图1和图2可知，本发明实施例1可制备得到具有式A-1结构的目标产物。实施例2在100mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、0.66g(0.003mol)4,4’-二氟二苯酮、1.21g(0.007mol)2,6-二氯苯腈、2.77g(0.02mol)碳酸钾、16mL的DMSO和16mL甲苯，通入氮气并搅拌，在130℃下回流带水2h，蒸出全部甲苯，缓慢升温至175℃反应3h，降温并加入15mLDMAC稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将0.5g(1mmol)的上述中间产物、0.08g(0.5mmol)1-萘甲醇、0.1g(0.5mmol)DCC、0.006g(0.05mmol)DMAP加入到20mLTHF中，在20℃下进行酯化反应，24h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例2制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果为，本发明实施例2可制备得到具有式A-1结构的目标产物。实施例3在100mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、0.66g(0.003mol)4,4’-二氟二苯酮、1.21g(0.007mol)2,6-二氯苯腈、2.77g(0.02mol)碳酸钾、16mLDMSO和16mL甲苯，通入氮气并搅拌，在130℃下回流带水2h，蒸出全部甲苯，缓慢升温至175℃反应3h，降温并加入15mLDMAC稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将0.5g(1mmol)的上述中间产物、0.09g(0.5mmol)1-萘乙醇、0.1g(0.5mmol)DCC、0.01g(0.1mmol)DMAP加入到20mLTHF中，在20℃下进行酯化反应，24h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例3制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果为，本发明实施例3可制备得到具有式A-1结构的目标产物。实施例4在100mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、1.86g(0.01mol)联苯二酚、4.37g(0.02mol)4,4’-二氟二苯酮、4.15g(0.03mol)碳酸钾、20mL环丁砜和20mL二甲苯，通入氮气并搅拌，在150℃下回流带水2h，蒸出全部二甲苯，缓慢升温至200℃反应2h，降温并加入20mLDMF稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将0.5g(1mmol)上述中间产物、0.09g(0.5mmol)2-萘乙醇、0.1g(0.5mmol)DCC、0.01g(0.1mmol)DMAP加入到10mLTHF中，在25℃下进行酯化反应，12h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例4制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果为，本发明实施例4可制备得到式A-2结构的目标产物。实施例5在200mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、6.37g(0.02mol)酚酞、10.1g(0.035mol)4,4’-二氯二苯砜、5.53g(0.04mol)碳酸钾、40mL环丁砜和30mL二甲苯，通入氮气并搅拌，在150℃下回流带水2h，蒸出全部二甲苯，缓慢升温至200℃反应2h，降温并加入30mLDMAC稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将1.5g(3mmol)的上述中间产物、0.17g(1mmol)2-萘甲醇、0.21g(1mmol)DCC、0.01g(0.1mmol)DMAP加入到20mL二甲基亚砜(DMSO)中，在25℃下进行酯化反应，48h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例5制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果为，本发明实施例5可制备得到式A-3结构的目标产物。实施例6在100mL的三口瓶中依次加入3.20g(0.01mol)酚酞啉、2.28g(0.01mol)双酚A、6.44g(0.02mol)4,4’-二氟三苯二酮、4.15g(0.03mol)碳酸钾、30mLDMSO和20mL甲苯，通入氮气并搅拌，在140℃下回流带水2h，蒸出全部甲苯，缓慢升温至170℃反应4h，降温并加入30mLDMAC稀释。将稀释液倒入乙醇与盐酸的混合溶剂中，析出大量白色产物，经去离子水洗涤，真空烘箱干燥，得到中间产物。将1.0g(2mmol)上述中间产物、0.15g(1mmol)2-萘酚、0.21g(1mmol)DCC、0.01g(0.1mmol)DMAP加入到30mLTHF中，在15℃下进行酯化反应，36h得到乳白色悬浊液，过滤洗涤，置于真空烘箱中干燥，得到聚芳醚树脂。对本发明实施例6制备得到的聚芳醚树脂进行核磁共振检测以及红外检测，检测结果为，本发明实施例6可制备得到式A-4结构的目标产物。实施例7本发明实施例1～6制备的聚芳醚树脂的玻璃化转变温度及交联温度通过示差扫描量热法(DSC)进行测试，升温速度为10℃/min，升温温度：25～250℃；5％热失重温度及800℃残炭率通过热失重分析(TGA)进行测试，升温速度为10℃/min，升温温度：50～800℃。检测结果如表1所示，表1为本发明实施例制备得到的聚芳醚树脂的性能检测结果。表1本发明实施例制备得到的聚芳醚树脂的性能检测结果聚芳醚树脂玻璃化转变温度5％热失重温度(℃)800℃残炭率(％)交联温度实施例1186.9270.351.4230实施例2183.6356.150.4220实施例3160.5303.750.5200实施例4150.8289.649.5200实施例5192.6360.255.3230实施例6181.0272.552.2220由以上实施例可知，本发明提供了一种聚芳醚树脂及其制备方法，树脂具有式I结构。与现有技术相比，本发明提供的聚芳醚树脂具有式I结构，侧链的萘环结构有助于改善聚合物的溶解性能，降低材料的介电常数，同时萘环结构具有较高的交联活性，选用萘环结构改性聚芳醚树脂可使树脂在相对较低的温度下发生交联反应，降低了生产加工难度。本发明提供的聚芳醚树脂，可溶于常用的有机溶剂中，在200～250℃温度下即可交联，交联后树脂具有良好的热稳定性及耐溶剂性，使其有望用于电子信息等领域。当前第1页1 2 3