[发明专利]聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于空间环境稳定性聚合物材料领域，涉及一种具有高透明性与低太阳吸收发射比的聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

航天器在运行过程中经常要暴露于复杂的空间环境中，如高低温循环、紫外与深紫外辐射、带电粒子辐射、宇宙微尘和碎片以及低地球轨道(LEO)中的原子氧等。这些苛刻的环境会引起航天器表面及内部聚合物材料的降解，从而严重影响到在轨航天器的寿命(Dever J，Banks B，Groh K D，Miller S.Degradation of spacecraft materials，in Handbook of Environmental Degradation of Materials，Kuta M(ed.)，William Andrew，New York，2005，pp 465～501)。为了延长在轨航天器的使用寿命，需要对航天器进行防护与加固。聚酰亚胺(PI)薄膜就是针对航天器组件的热防护而开发的一类聚合物。但普通型PI薄膜，如聚(均苯四甲酸二酐-二氨基二苯醚)(PMDA-ODA)，由于其分子结构中分子链间存在较强的共轭作用，因此薄膜的透明性较差、太阳吸收系数较高。这些不利因素均限制了其在空间飞行器光学组件的热防护。

一般而言，用于热防护的聚合物涂层，其太阳吸收发射比越低，则在飞行器表面可以实现的温降程度越大(赵飞明，张廉正，曾一兵，王慧，石苏星，低太阳吸收系数、高热发射率有机硅热控涂层进展，宇航材料工艺，1998，3：11～14，48)。针对普通型PI薄膜相对较差的透明性以及高太阳吸收系数，人们尝试了多种改性途径。例如，美国国家航空航天局(NASA)从20世纪80年代开始研制开发了一系列高透明性PI薄膜。其中LaRC-CP1与CP2的结构如下图所示。这两类材料是针对NASA的下一代太空望远镜(NGST)计划而开发的可稳定工作于太空环境下的PI材料。测试结果表明，LaRC-CP1薄膜可在地球同步轨道(GEO)环境中稳定使用10年以上。

2010年，日本成功发射了IKAROS太阳帆试验飞船，其中的太阳帆由厚度为7.5μm的PI薄膜制成。该薄膜由2，3，3′，4′-二苯醚四酸二酐(aODPA)与4，4′-二氨基二苯醚(ODA)聚合而得。该材料不但具有良好的空间环境稳定性，而且具有良好的热塑性特征，可以采用热封接的工艺进行加工(Yokota R，Suzuki M，Miyauchi M，Ishida Y.Heat sealable，novel asymmetric aromatic polyimide having excellent space environmental stability.The fourth international symposium on engineering plastics，Dalian，Liaoning，China，2009，pp80～81)。

虽然目前文献中已经有高透明性、空间环境稳定性PI薄膜的报道。但所报道的材料均存在一定的性能缺陷。例如，LaRC-CP2薄膜虽然具有良好的光学透明性，但其薄膜的玻璃化转变温度较低(209℃)。aODPA-ODA型PI薄膜虽然具有较好的空间环境稳定性，但该薄膜的光学透明性相对较差，难以满足空间飞行器光学组件的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用。

本发明提供的式I结构通式所示化合物，

(式I)

所述式I结构通式中，Ar选自下述基团中的任意一种：

n为1-100的整数，具体可为20-30的整数或30-40的整数，优选20-40的整数。

本发明提供的制备上述化合物的方法，包括如下步骤：

1)将芳香族二胺与芳香族二酐2，3，3′，4′-二苯醚四酸二酐(aODPA)于有机溶剂中混匀进行反应，反应完毕得到均相液体体系；

2)向所述步骤1)所得均相液体体系中加入乙酸酐和吡啶混匀进行反应，反应完毕得到所述式I所示化合物。