納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法
【專利摘要】納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法。采用納米粒子對聚酰亞胺薄膜進行改性，能使薄膜的耐電暈性能顯著提高，但隨著納米粒子摻雜含量的不斷增加，聚酰亞胺薄膜的力學性能也隨之下降。本發明的方法包括如下步驟：（1）聯苯型聚酰胺酸的制備；（2）靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜；（3）納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備；（4）在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸；（5）對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化。本發明公開了一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法。
【專利說明】
納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法
[0001 ] 技術領域:
本發明涉及一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法。
[0002]【背景技術】:
聚酰亞胺薄膜是聚酰亞胺最早的商品之一，聚酰亞胺薄膜是目前耐熱性最好的有機薄膜，可在555°C短期內保持其物理性能，長期使用溫度達200°C以上，主要用于電機的槽絕緣以及電線電纜的包覆材料。而且聚酰亞胺薄膜的電氣性能、耐輻射性能和耐火性能也十分突出，在航空航天工業、電子電氣工業和信息產業中發揮了非常重要的作用。但聚酰亞胺由于其本身是高分子聚合物，耐電暈性能較差，限制了其在高壓發電機、高壓電動機、脈寬調制供電的變頻電機等領域的應用。近年來，高新技術發展日新月異，納米粒子以其獨特的表面效應引起了廣大科研人員的關注。研究發現，采用納米粒子對聚酰亞胺薄膜進行改性，能使薄膜的耐電暈性能顯著提高，但隨著納米粒子摻雜含量的不斷增加，聚酰亞胺薄膜的力學性能也隨之下降，因此如何在提高聚酰亞胺薄膜耐電暈性能的同時防止其力學性能的下降，成為擴展聚酰亞胺薄膜應用領域的關鍵。
[0003]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法。
[0004]上述的目的通過以下的技術方案實現:
一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，該方法包括如下步驟:
(1)聯苯型聚酰胺酸的制備；
(2)靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜；
(3)納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備；
(4)在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸；
(5)對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化。
[0005]所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的聯苯型聚酰胺酸的制備，取2.80g的4，4_二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6ml N，N_二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在10°C冷水浴下攪拌I h，將4.23g的3，3’，4，4’_聯苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，待出現爬竿現象后繼續攪拌24小時，將透明的黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。
[0006]所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的聯苯型聚酰胺酸液體于靜電紡絲裝置的注射栗中，調節紡絲電壓為10kV，注射速度為0.3ml/h，接收距離為15cm，紡絲5 h制得厚度為20μηι的聚酰胺酸微孔膜。
[0007]所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備，按照聚酰胺酸中固體質量的不同比例向三口瓶中加入一定質量的納米粒子顆粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在10°C冷水浴下超聲攪拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超聲攪拌Ih后，將3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，然后繼續攪拌24小時，將淺黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。
[0008]所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸，采用自制鋪膜機在聚酰胺酸微孔膜兩側進行鋪膜，由微孔膜的孔隙率計算得出兩側所鋪膠液的具體厚度;在玻璃板上利用自制鋪膜機鋪一層30μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液，然后將利用靜電紡絲制得的所述的微孔膜鋪在該溶液上，待所述的微孔膜內部微孔完全浸入膠液后，再利用鋪膜機在上面鋪一層15μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液并放置0.5h，使聚酰胺酸膠液充分浸入微孔膜，放入烘箱以備亞胺化。
[0009]所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化，采用梯度升溫法，使聚酰胺酸發生脫水閉環以制備聚酰亞胺薄膜，其亞胺化的溫度與時間依次如下:1)80°C熱處理lh;2)120°C熱處理lh;3)150°C熱處理lh;4)200°C熱處理lh;5)250°C熱處理lh;6)300°C熱處理lh。
[0010]本發明的有益效果:
本發明將4，4-二氨基二苯基醚加入到N，N-二甲基乙酰胺中，在N2保護和10 °C冷水浴的條件下溶解后，分批加入3，3’，4，4’_聯苯四甲酸二酐，得到聯苯型聚酰胺酸紡絲液，并通過高壓靜電紡絲法制備聯苯型聚酰胺酸微孔膜，然后按一定比例將納米粒子加入到N，N-二甲基乙酰胺中，在N2保護和10°C冷水浴的條件下超聲攪拌分散均勻后加入4，4_二氨基二苯基醚，待其溶解后均苯四甲酸二酐，得到納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸膠液，利用鋪膜機將其鋪在聯苯型聚酰亞胺微孔膜兩側，待膠液完全滲入微孔膜后，通過梯度升溫法進行熱亞胺化處理，得到聚酰亞胺三層復合薄膜。
[0011]本發明涉及聯苯型聚酰胺酸微孔膜的制備、微孔膜兩側納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的涂覆以及三層復合薄膜的熱亞胺化工藝，在均苯型聚酰亞胺基體中引入力學性能和熱性能更好的聯苯型聚酰亞胺，有助于提高薄膜的力學和熱學性能，同時，由于聯苯型聚酰亞胺是以納米纖維的形式引入，因此利用均苯型聚酰亞胺膠液與聯苯型聚酰亞胺纖維之間界面的相互作用，對摻雜納米粒子的均苯型聚酰亞胺薄膜力學等性能進行改善，實現了在摻雜納米粒子提高聚酰亞胺薄膜耐電暈性能的同時提升其力學等性能。
[0012]【具體實施方式】:
實施例1:
一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，該方法包括如下步驟:
(1)聯苯型聚酰胺酸的制備；
(2)靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜；
(3)納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備；
(4)在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸；
(5)對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化。
[0013]實施例2:
根據實施例1所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的聯苯型聚酰胺酸的制備，取2.80g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在10°C冷水浴下攪拌I h，將4.23g的3，3’，4，4’_聯苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，待出現爬竿現象后繼續攪拌24小時，將透明的黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。
[0014]實施例3:
根據實施例1或2所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的聯苯型聚酰胺酸液體于靜電紡絲裝置的注射栗中，調節紡絲電壓為10kV，注射速度為0.3ml/h，接收距離為15cm，紡絲5 h制得厚度為20μπι的聚酰胺酸微孔膜。
[0015]實施例4:
根據實施例1或2或3所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備，按照聚酰胺酸中固體質量的不同比例向三口瓶中加入一定質量的納米粒子顆粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在10°C冷水浴下超聲攪拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超聲攪拌Ih后，將3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，然后繼續攪拌24小時，將淺黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。
[0016]實施例5:
根據實施例1或2或3或4所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸，采用自制鋪膜機在聚酰胺酸微孔膜兩側進行鋪膜，由微孔膜的孔隙率計算得出兩側所鋪膠液的具體厚度;在玻璃板上利用自制鋪膜機鋪一層30μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液，然后將利用靜電紡絲制得的所述的微孔膜鋪在該溶液上，待所述的微孔膜內部微孔完全浸入膠液后，再利用鋪膜機在上面鋪一層15μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液并放置0.5h，使聚酰胺酸膠液充分浸入微孔膜，放入烘箱以備亞胺化。
[0017]實施例6:
根據實施例1或2或3或4或5所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，所述的對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化，采用梯度升溫法，使聚酰胺酸發生脫水閉環以制備聚酰亞胺薄膜，其亞胺化的溫度與時間依次如下:1)80°C熱處理lh;2)120°C熱處理lh;3)150°C熱處理lh;4)200°C熱處理lh;5)250°C熱處理lh;6)300°C熱處理lh。
【主權項】
1.一種納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:該方法包括如下步驟: (I)聯苯型聚酰胺酸的制備； (2 )靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜； (3)納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備； (4)在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸； (5)對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化。2.根據權利要求1所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:所述的聯苯型聚酰胺酸的制備，取2.SOg的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6mlN，N-二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在1 °C冷水浴下攪拌I h，將4.23g的3，3 ’，4，4 ’ -聯苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，待出現爬竿現象后繼續攪拌24小時，將透明的黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。3.根據權利要求1或2所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:所述的靜電紡絲法制備聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的聯苯型聚酰胺酸液體于靜電紡絲裝置的注射栗中，調節紡絲電壓為10kV，注射速度為0.3ml/h，接收距離為15cm，紡絲5 h制得厚度為20μπι的聚酰胺酸微孔膜。4.根據權利要求1或2或3所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:所述的納米粒子摻雜的均苯型聚酰胺酸的制備，按照聚酰胺酸中固體質量的不同比例向三口瓶中加入一定質量的納米粒子顆粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮氣進行保護，在10°C冷水浴下超聲攪拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超聲攪拌Ih后，將3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料時間控制在120min，然后繼續攪拌24小時，將淺黃色粘稠狀的聚酰胺酸液體倒入小燒杯中密封備用。5.根據權利要求1或2或3或4所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:所述的在微孔膜兩側涂覆納米粒子摻雜的聚酰胺酸，采用自制鋪膜機在聚酰胺酸微孔膜兩側進行鋪膜，由微孔膜的孔隙率計算得出兩側所鋪膠液的具體厚度;在玻璃板上利用自制鋪膜機鋪一層30μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液，然后將利用靜電紡絲制得的所述的微孔膜鋪在該溶液上，待所述的微孔膜內部微孔完全浸入膠液后，再利用鋪膜機在上面鋪一層15μπι納米粒子摻雜的所述的均苯型聚酰胺酸膠液并放置0.5h，使聚酰胺酸膠液充分浸入微孔膜，放入烘箱以備亞胺化。6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的納米粒子/聚酰亞胺三層復合薄膜制備的新方法，其特征是:所述的對納米粒子/聚酰胺酸三層復合薄膜進行熱亞胺化，采用梯度升溫法，使聚酰胺酸發生脫水閉環以制備聚酰亞胺薄膜，其亞胺化的溫度與時間依次如下:1)80°C熱處理lh;2)120°C熱處理lh;3)150°C熱處理lh;4)200°C熱處理lh;5)250°C熱處理lh;6)300°C熱處理lh。
【文檔編號】D01D5/00GK106084271SQ201610549372
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】鞏桂芬, 王磊
【申請人】哈爾濱理工大學