[发明专利]一种聚酰亚胺耐高温水性分散体涂料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属涂料组合物技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺耐高温水性分散体涂料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，水性涂料具有低能耗、无污染、高环保和高性能等优点，代表着涂料发展的主要方向，是目前全球性的研究和开发热点之一。其中在该领域研究最多的是水性聚氨酯树脂等，但是其涂膜长期使用温度只是150℃左右；国外DuPont等公司生产的特富龙耐高温不粘锅涂料-聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种共聚物，其耐温性能来自侧链的氟原子，成本高，对人体有害，且含氟树脂的生产过程对环境有一定的危害；最近，有人曾将耐高温树脂聚芳醚砜通过二氯甲烷处理后加水强制乳化，得到水分散体，但由于二氯甲烷及其替代品三氯甲烷毒性大且易挥发而难以推广使用；聚酰亚胺是一类耐高温、耐溶剂、耐化学品的高强度和高性能材料，广泛应用于航空、航天、电子、液晶、分离膜和光电材料等诸多领域，所以人们已经开始研究制备聚酰亚胺类耐高温涂料。

目前，基于聚酰亚胺型耐高温涂料主要是溶剂型的，即将改善了溶解性的聚酰亚胺溶解于极性溶剂中(如DMF)，涂布于器件表面，经干燥固化成膜。但是，溶剂型涂料存在溶剂消耗大、环境污染重、毒性大、易挥发而难以推广使用等突出缺点。日本专利JP2000-273302A公开了一种高储存稳定性的聚酰亚胺分散体溶液的制备方法及其成膜工艺，但是此方法的主要问题在于仍然使用大量非溶剂的有机溶剂(二甲苯、乙二醇乙醚、环己酮等)来分散聚合物微粒；迄今为止，中国专利数据库和相关文献资料中还无关于聚酰亚胺耐高温水性分散体涂料的制备方法的报道，世界知名企业如DuPont、GE、ICI等公司也未见有类似商品发布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异成膜稳定性和耐高温特性的聚酰亚胺水性分散体涂料及其制备方法和应用。

本发明提供的聚酰亚胺水性分散体涂料，由下述方法制备获得：首先通过二元胺和二元酐共缩聚合成共缩聚型聚酰亚胺，再通过磺酸化或者羧酸化等化学改性手段制备亲水性聚酰亚胺。这类聚酰亚胺可根据需要调配其聚合物中羧酸或者磺酸的比例，或加入某些具有特殊性能的嵌段而获得所需性能的芳族聚酰亚胺；接着通过高速粉碎、分散稳定等技术制备得到所需的水性聚酰亚胺分散体涂料。使用时，将该水性分散体涂料涂在基材上，加热蒸发出水和有机溶剂，热软化聚合物形成涂膜。聚酰亚胺的涂料成膜后可以在230℃～250℃中长期稳定，TG/DSC测试结果表明涂膜大多在300℃以上才开始热分解。该聚酰亚胺水性涂料符合涂料所必需的成膜稳定性以及聚酰亚胺本身具有的耐高温特性，它克服了传统的水性聚合物涂膜长期使用温度较低、含氟涂层成本较高和有机溶剂毒性大且易挥发而难以推广使用等难题。

本发明提出的聚酰亚胺耐高温水性分散体涂料的制备方法如下：

(1)在氮气保护和搅拌条件下，于250ml的三颈瓶中加入1～10g二元胺、0.5～10g二元酐、1～10g三乙胺、10～50ml有机溶剂。混合物在室温下搅拌5～30分钟后，加热到50～120℃反应1～12小时，再加热到150～200℃反应6～48小时。反应结束后，冷却到80～150℃，再加入50～150ml有机溶剂来降低溶液的高粘度，随后将其倒入3～8倍的丙酮溶剂中，过滤出纤维状的沉淀，经过醇洗、盐酸洗和水洗纯化完全后真空烘干，得到聚酰亚胺固体粉末。

(2)将上述聚酰亚胺粉末用N，N’-二甲基甲酰胺溶解，再慢慢加入1～5倍的98％浓硫酸(温度控制在0～5℃)，室温下连续搅拌反应3～24h，再在60～100℃下磺化反应2～12h，得到黄色糊状物质，用大量甲醇与水的混合溶液(体积比1∶0.8-1∶1.2)进行反复洗涤，沉淀，烘干，得到磺化聚酰亚胺固体粉末；

(3)通过高速粉碎和分散稳定等技术制备得到水性聚酰亚胺分散体涂料；

使用时，将上述聚酰亚胺水性分散液涂布在基体表面，在氮气中45～85℃下加热处理15～60分钟，再升温到200～240℃处理15～45分钟，使分散液在基材上形成聚合物涂膜，涂膜的厚度为50纳米～500微米。