含1,3,4-噁二唑结构双马来酰亚胺及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺及其制备方法。
背景技术
双马来酰亚胺是一种重要的热固性聚酰亚胺，具有聚酰亚胺的优良特性，例如：良好的热稳定性、电绝缘性能，优异的耐化学品腐蚀、耐辐射、耐湿热以及力学性能等。同时双马来酰亚胺是小分子因而又具有类似环氧树脂的易加工性能，成型工艺灵活。其分子两端的双键由于受到两个羰基的强吸电子作用而具有强的亲电性可以与二胺，二酚等亲核基团发生亲核加成反应也能够与烯丙基化合物等具有供电性不饱和双键发生共聚反应。双马来酰亚胺由于其分子结构可设计型强又可以与多种单体发生反应而进行改性，能够制备出满足各种用途需要的热固性材料，广泛应用于航空航天、机械电子、交通运输等领域。
由2，5-二(4-氨基苯基)-1，3，4-噁二唑合成的2，5-二(4-马来酰亚胺基苯基)-1，3，4-噁二唑(见结构式A)具有优异的耐热性，高的残碳率，高的极限氧指数(LOI)以及良好阻燃性。但是该单体分子结构皆由刚性的芳杂环构成，具有高度的对称性和刚性，使得其具有上述诸多优点的同时也有相当多的缺点，譬如：非常高的熔点，其熔点接近300℃；很差的溶解性，难溶于大多数有机溶剂。高熔点使得熔融即刻固化，固化反应温度高，反应放热集中，造成熔融加工困难。溶解性差也使得其不能用溶液法加工。因此该单体在粘胶剂和复合材料中难以应用。
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A.2，5-二(4-马来酰亚胺基苯基)-1，3，4-噁二唑结构式
文献(polymer，2007，48)报道了两种含二个1，3，4-噁二唑环的链延长型双马来酰亚胺单体的合成方法，研究了溶解性和固化反应特性。其溶解性得到了明显的改善能够溶于氯仿、二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺等溶剂但是熔点仍然很高(266℃，263℃)，加工特性也很差。而既含有高耐热氧化性1，3，4-噁二唑杂环又含有可旋转脂醚连接键的双马来酰亚胺及其制备方法迄今为止尚未见有公开的专利或文献报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种溶解性良好，熔点低，固化放热平稳，且固化物耐热性能优良的含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺。本发明的目的之二在于提供上述新型1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺的制备方法。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一类含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺，具有如下结构式：
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式中的取代基R1至R4为氢原子、卤素原子，或C1至C20的相同或不同脂肪烷烃及其衍生物，或C6至C12的相同或不同芳香烃及其衍生物。
本发明涉及的含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺合成路线如下：
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式中的取代基R1至R4为氢原子、卤素原子，或C1至C20的相同或不同脂肪烷烃及其衍生物，或C6至C12的相同或不同芳香烃及其衍生物。
其制备方法包括以下步骤：
(1)含1，3，4-噁二唑结构双马来酰胺酸的合成
将含1，3，4-噁二唑结构的二元胺和马来酸酐分别溶于非质子极性溶剂中，然后把含1，3，4-噁二唑结构的二元胺的溶液滴加到马来酸酐溶液中，搅拌2～10小时。反应结束后，若以丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯中的一种为反应溶剂则直接过滤，用新鲜的反应溶剂洗涤滤饼，真空烘干；若以N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种为反应溶剂，向反应体系中滴加沉淀剂水，静止、抽滤，用低沸点溶剂甲醇、丙酮或四氢呋喃冲洗滤饼，真空烘干。
(2)含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺的合成
将双马来酰胺酸溶解于或悬浮在非质子极性溶剂中，加入醋酸盐，加热到20～90℃，滴加三乙胺和乙酸酐。反应结束后把反应液缓慢滴入水中，将生成的沉淀过滤，真空干燥。
步骤(1)所述的含1，3，4-噁二唑结构芳香族二元胺和马来酸酐的摩尔配比为1∶2～1∶2.5，反应温度为0～60℃，反应时间为2～10小时。
步骤(1)所述的非质子性溶剂为丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。推荐的溶剂为丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯中的一种。
步骤(2)所述的脱水剂为乙酸酐，反应温度为20～90℃，反应时间为2～10小时。
步骤(2)所述的非质子极性溶剂为丙酮，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种或一种以上的混合溶剂。
步骤(2)所述的醋酸盐为醋酸钠、醋酸镁、醋酸镍和醋酸钴的一种或一种以上混合物。
步骤(2)所述脱水剂乙酸酐的用量为双马来酰胺酸的2～4倍，所述催化剂三乙胺的用量为双马来酰胺酸的0.1～2.5倍，醋酸盐的用量为0.1～3g每摩尔双马来酰胺酸。
本发明的有益效果是设计并合成一类含1，3，4-噁二唑结构双马来酰亚胺，其主要结构为芳杂环结构可保持良好的耐热性；在引入1，3，4-噁二唑结构的同时根据它的合成特点在环的一端引入柔性的脂醚键，醚键的可旋转性提高了分子结构的柔软性，同时也破坏了分子结构的规整性，使其溶解性增加、熔点降低；且两端的反应性基团处于不同的化学环境，其反应活性不同，可以使双键顺序反应保证了固化反应热平缓放出。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明2-对马来酰亚胺基苯基-5-对马来酰亚胺基苯氧甲基-1，3，4-噁二唑(曲线A)及其前驱体双马来酰胺酸(曲线B)的红外光谱。
图2是本发明2-对马来酰亚胺基苯基-5-对马来酰亚胺基苯氧甲基-1，3，4-噁二唑的核磁氢谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐释本发明。其目的在于更好地理解本发明，而非限制本发明的保护范围。
实施例1
2-对马来酰亚胺基苯基-5-对马来酰亚胺基苯氧甲基-1，3，4-噁二唑的合成：
(1)将0.11mol马来酸酐和50ml丙酮加入反应釜中，搅拌溶解。将0.05mol含1，3，4-噁二唑结构芳香二元胺溶于200ml丙酮中，然后缓慢滴加到反应釜中。在室温下搅拌6h。反应结束后，将生成的晶体过滤，再用150ml丙酮洗涤滤饼，真空干燥，得到黄色双马来酰胺酸，产率93％。FT-IR(KBr，cm-1)：[见图1(B)]3289，1543(-NH)，1708，1633(C＝O)。
(2)将0.04mol双马来酰胺酸悬浮在150ml丙酮中，加入0.15g醋酸钴，加热到60℃，滴加6ml三乙胺和12ml乙酸酐，待反应液变成均相后恒温计时5h。反应结束后把反应液缓慢滴入搅拌的水中，将生成的晶体过滤，真空干燥。得到黄色双马来酰亚胺晶体，产率84％。FT-IR(KBr，cm-1)：[见图1(A)]3099，691(＝C-H)，1720(C＝O)，1392，1150(C-N-C)。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)：(见图2)δ8.15(2H，ArH)，7.63(2H，ArH)，7.30(2H，ArH)，7.25(2H，-C＝CH)，7.23(2H，J＝9.1Hz，ArH)，7.17(2H，-C＝CH)5.56(2H，-CH2-)。
实施例2
2-对马来酰亚胺基苯基-5-(3-甲基-4-马来酰亚胺基苯氧甲基-1，3，4-噁二唑的合成：
(1)将0.11mol马来酸酐和30ml丙酮加入反应釜中，搅拌溶解。将0.05mol含甲基和1，3，4-噁二唑结构芳香二元胺溶于溶于120ml丙酮中，然后缓慢滴加到反应釜中。在室温下搅拌10h。反应结束后，将生成的晶体过滤，再用100ml丙酮洗涤滤饼，真空干燥，得到黄色双马来酰胺酸，产率95％。FT-IR(KBr，cm-1)：3289，1543(-NH)，2963，2926(-CH3)1708，1633(C＝O)。
(2)将0.04mol双马来酰胺酸悬浮在150ml丙酮中，加入0.15g醋酸钴，加热到50℃，滴加7ml三乙胺，待反应液变成均相后滴加10ml乙酸酐，恒温7h。反应结束后把反应液缓慢滴入搅拌的水中，将生成的晶体过滤，真空干燥。得到黄色双马来酰亚胺晶体，产率87％。FT-IR(KBr，cm-1)：3097，692(＝C-H)，2961，2929(-CH3)，1718(C＝O)，1396，1149(C-N-C)。