[发明专利]一种无色透明的聚酰亚胺纳米复合材料膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物基纳米复合材料领域，特别涉及一种无色透明的聚酰亚胺纳米复合材料膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(polyimides，PI)是一类耐热等级较高的高分子材料，具有优异的综合性能，但一般的PI都是黄-棕色的透明材料，这主要是由于PI分子内和分子间易形成电荷转移络合物(CTC)而造成的。目前，提高PI薄膜的透明性通常采用如下手段：(1)在PI分子结构中引入含氟取代基或侧基，利用氟原子较大的电负性，切断电子云的共轭，抑制CTC的形成；(2)降低PI分子结构中芳香结构的含量，如采用带有脂环结构的二酐或二胺单体，减少CTC形成的几率；(3)引入非共平面结构，可以减少CTC的形成；(4)在PI分子结构中引入间位取代结构的二胺。这是由于间位取代结构可以阻碍沿着分子链芳香的电荷流动，减少分之间共轭作用；(5)引入砜基结构，利用砜基的强吸电子作用减少CTC的形成。与传统聚酰亚胺相比，无色透明的聚酰亚胺具有较好的热稳定性和光学透明性，有些可溶于常用溶剂，如丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺等。无色透明的聚酰亚胺膜在光电器件和半导体等方面有着较为广泛的应用前景。

随着纳米技术的发展，纳米复合材料凭借其特殊的性能越来越引起人们的兴趣，尤其是聚酰亚胺/无机纳米杂化材料更以其优异的耐热性和力学性能得到了广泛的关注。如聚酰亚胺/粘土杂化材料具有较高的热稳定性、高强度、高硬度和气体阻隔特性；聚酰亚胺/SiO₂杂化材料具有较好的耐热性、尺寸稳定性；聚酰亚胺/碳纳米管杂化膜具有较好的力学性能和热性能，且在碳纳米管含量相对较低时(0.1vol％)即可获得较好的导电性，可用作导电或抗静电材料；聚酰亚胺/银杂化材料具有较好的光反射特性和导电性等。但是纳米组分的添加往往会牺牲聚酰亚胺薄膜的透明性，影响其在光学领域的应用。

在题目“Synthesis and Characterization of Colorless Polyimide Nanocomposite FilmsContaining Pendant Trifluoromethyl Groups(Macromolecular Research，2008，16(6)：503-509)”的文献中，作者以6FDA和TFDB为单体进行反应，添加一定量(0-1.0wt％)有机化粘土，制备出一系列无色的聚酰亚胺纳米复合材料膜，这些PI纳米复合材料膜具有良好的热稳定性，490℃以下不发生明显热分解，玻璃化转变温度在280-287℃；在可见光范围内(400-700nm)具有优良的透明性，450nm处的透过率超过90％，紫外截止波长在352-356nm；少量粘土即可大幅度提高聚酰亚胺薄膜的拉伸性能。而且，该聚酰亚胺杂化材料具有较低的热膨胀系数。

在题目“Preparation and properties of fluorine-containing colorless polyimide nanocompositefilms with organo-modified montmorillonites for potential flexible substrate(Nanoscience andnanotechnology，2008，8：1700-1706)”的文献中，作者以6FDA和TFDB为单体进行反应，添加0.5-2.0wt％有机化蒙脱土，得到一系列无色透明的聚酰亚胺纳米复合材料膜。研究结果表明，随有机蒙脱土含量增加，聚酰亚胺纳米复合材料膜的透明性稍有损失，但总体表现出优于纯PI膜的性能，如随有机蒙脱土含量增加，热膨胀系数降低、玻璃化转变温度提高。

在题目“Colorless polyimide nanocomposite films：Thermomechanical properties，morphology，and optical transparency(Journal of Applied Polymer Science，2007，107(1)：109-117)”的文献中，作者通过溶液插层法合成出一系列聚酰亚胺/有机粘土纳米复合材料膜。当粘土含量小于0.5wt％时，粘土粒子分散均匀；当粘土含量超过0.75wt％时，会发生团聚现象。这些聚酰亚胺纳米杂化膜表现出很好的光学透明性并近乎无色，但透明性会随着粘土含量的增加而稍有降低。