1.一种含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于:采用具有高平面性含咔唑结构的芳香二胺、各种四酸二酐和层状纳米粒子为原料,二胺与二酐按摩尔比为1:(0.9~
1.1),片层结构纳米粒子的质量为二胺和二酐总质量的0.05~30%。
2.根据权利要求1所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于:二胺的分子结构通式为:其中Ar1选自下列结构式中的任何一种:
—C≡CH,—NO2,—CHO,—OH,—COOH,—SO3H,—F,—Cl,—Br,—I,(其中X1,X2,X3,X4,X5可以选自—CH=CH2,—C≡CH,—NO2,—CHO,—OH,—COOH,—SO3H,—F,—Cl,—Br,—I中任意结构)。
其中Ar2选自下列结构式中的任何一种:
—H,—CH3,—CH=CH2,—C≡CH,—CHO,—OH,—COOH,—SO3H,—F,—Cl,—Br,—I,(其中X6,X7,X8,X9,X10可以选自—CH3,—CH=CH2,—C≡CH,—CHO,—OH,—COOH,—SO3H,—F,—Cl,—Br,—I中任意结构)。
其中,Ar3选自下列结构式中的任何一种:
n=0~6,m=0~6,p=0~6,同一结构式中的n、m和p不同时为0。
其中,Ar4选自下列结构式中的任何一种:
a=1~6,b=0~6,n=0~6,b与n不同时为0。
而Ar3、Ar4中的Ar5和Ar6选自下列结构式中的任何一种:
而Ar3中的Ar7选自下列结构式中的任何一种:
3.根据权利要求1所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于:二酐的分子结构式如下所示:
4.根据权利要求1所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于:层状纳米粒子可以为蒙脱土、石墨烯、云母片、水滑石、层状结构的氮化硼、层状结构的氮化碳、层状结构的黑磷、层状结构的氧化铁、层状结构的二氧化锰、层状结构的三氧化钼、层状结构的三氧化钨、层状结构的五氧化二钒、层状结构的二硫化钼、层状结构的二硫化钨、层状结构的二硫化钛、层状结构的二硫化钒、层状结构的硒化镓、层状结构的二硒化钨、层状结构的二硒化钛、层状结构的硒化铋、层状结构的二碘化铅、层状结构的溴化镁、层状结构的二氯化钼、层状结构的氯化铬、层状结构的四氯化铅、层状结构的三氯化钌中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于:聚酰亚胺纳米复合材料可以制备成粉体或薄膜。
6.一种含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于包括以下两种方法:步骤(A1)、在氩气气氛中,将层状纳米粒子在强极性非质子有机溶剂中超声分散0.5~
10h,制备浓度0.05~30%的纳米粒子均匀分散液;(A2)、将二胺与二酐按摩尔比为1:(0.9~1.1)加入到强极性非质子有机溶剂中,在-10~40℃搅拌反应0.5~72h,得到均相、粘稠的聚酰胺酸胶液;(A3)、将纳米粒子分散液添加到聚酰胺酸胶液中搅拌0.1~10h;(A4)、对含层状纳米粒子的聚酰胺酸复合胶液中的聚酰胺酸进行脱水,得到聚酰亚胺纳米复合材料;或者,步骤(B1)、在氩气气氛中,将层状纳米粒子在强极性非质子有机溶剂中超声分散
0.5~10h后,将二胺与二酐按摩尔比为1:(0.9~1.1)加入到分散液中,在-10~40℃搅拌反应0.5~72h,得到均相、粘稠的聚酰胺酸复合胶液;(B2)、对含层状纳米粒子的聚酰胺酸复合胶液中的聚酰胺酸进行脱水,得到聚酰亚胺纳米复合材料。
7.根据权利要求6所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于:聚酰胺酸复合胶液中纳米粒子、二胺和二酐总质量占反应物料总质量的2~50%。
8.根据权利要求6所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于:强极性非质子有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基砜、环丁砜、1,4-二氧六环、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、间甲酚、四氢呋喃中的一种或一种以上的混合物。
9.根据权利要求6所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于:聚酰胺酸脱水得到聚酰亚胺的方法是热酰亚胺化或化学酰亚胺化。
10.根据权利要求9所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于:热酰亚胺化的具体操作为:将含层状纳米粒子的聚酰胺酸复合胶液刮涂在玻璃板上,再将玻璃板置于真空烘箱中,抽真空,升温程序为:室温升温至100℃后恒温整个过程0.8~
3h,从100℃升温至200℃后恒温整个过程0.8~2h,从200℃升温至300℃恒温整个过程0.8~2h,从300℃升温至350℃~500℃后恒温整个过程0.5~2h,冷却后可取出聚酰亚胺膜。
11.根据权利要求9所述含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法,其特征在于:化学酰亚胺化的具体操作为:在含层状纳米粒子的聚酰胺酸复合胶液中加入吡啶/乙酸酐、或三乙胺/乙酸酐、或乙酸钠/乙酸酐作为脱水剂,升温搅拌,加热至60~170℃继续搅拌
0.5~6h,冷却至室温后倒入甲醇或丙酮中得到聚酰亚胺沉淀,过滤干燥,即得到聚酰亚胺粉体,再将聚酰亚胺粉体溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、间甲酚(m-Cresol)或四氢呋喃(THF)中,加热至完全溶解后,将聚酰亚胺溶液刮涂在玻璃板上,70~200℃真空干燥去除溶剂,冷却后可取出聚酰亚胺纳米复合膜。
12.根据权利要求1所述的含咔唑结构的聚酰亚胺纳米复合材料,其特征在于其可应用于微电子、军工、航空航天、高性能包装与防护以及电子器件封装高新技术产业领域。