[发明专利]具有酰胺化表面的聚酰亚胺纳米纤维网及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有酰胺改性表面的芳族聚酰亚胺纳米纤维网的制备和用途。用途包括用作过滤介质，以及用作电池尤其是锂离子电池中的隔膜。本发明也涉及包括具有酰胺改性表面的芳族聚酰亚胺纳米纤维网的过滤设备。本发明还涉及包括具有酰胺改性表面的芳族聚酰亚胺纳米纤维网的多层制品，并且涉及包括所述多层制品的电化学电池。

背景技术

由于聚酰亚胺具有强度、多种环境下的化学惰性、和热稳定性的特性组合，它在市场上已经长期受到重视。在过去的几年里，已经制备了由聚酰亚胺制成的静电纺纱或静电吹制非织造纳米纤维网，第一次将聚酰亚胺的高期望性能与高度多孔的片材结构组合起来。

共同未决的专利申请61/286618、61/286628、和61/286623公开了全芳族聚酰亚胺纳米纤维网用作锂离子电池和其它电化学电池中的隔膜的用途。

Honda等人的JP2004-308031A公开了通过静电纺纱聚酰胺酸溶液接着酰亚胺化来制备聚酰亚胺纳米纤维网。公开了数千种聚酰亚胺组合物，包括芳族聚酰亚胺。公开了作为电池隔膜的用途。

Jo等人，WO2008/018656，公开了非全芳族聚酰亚胺纳米纤维网用作锂电池和锂离子电池中的电池隔膜的用途。

Hayes，欧洲专利040100581，公开了将烃转移到半渗透的、选择性渗透的聚酰亚胺膜表面上的方法。

已知聚酰亚胺在高于100℃的温度下是水解不稳定的。也已知将聚酰亚胺膜粘附到某些基质如环氧化物上常需要在层之间使用特殊配制的粘合剂。

对于多种最终用途，希望能够改变芳族聚酰亚胺纳米纤维网的表面化学以改善相容性、增强或减弱可润湿性、保护表面不受化学侵袭、同时保持纳米纤维网结构的孔隙率。

发明内容

在一个方面，本发明提供了包括纳米纤维网的制品，所述纳米纤维网包含芳族聚酰亚胺纳米纤维，所述纳米纤维网具有自由表面区域，其至少一部分包含仲酰胺，所述仲酰胺包含含有烃基的官能团。

在一个实施例中，所述官能团还包括包含氧、氮、或硫的官能团。在另一个实施例中，所述包括氧、氮、或硫的官能团为氨基。

在另一方面，本发明提供了化学改变芳族聚酰亚胺纳米纤维网的表面的方法，所述方法包括使芳族聚酰亚胺纳米纤维网在室温至150℃的温度范围内接触伯胺溶液1至240分钟，其中所述伯胺包含含有烃基的官能团。

在一个实施例中，所述官能团还包括包含氧、氮、或硫的官能团。在另一个实施例中，所述包括氧、氮、或硫的官能团为氨基。

在另一方面，本发明提供过滤方法，所述方法包括诱导产生固体和流体的混合物以润湿地冲击表面改性的聚酰亚胺纳米纤维网的表面，以使所述混合物的富含流体部分传输通过所述表面改性的聚酰亚胺纳米纤维网，而所述混合物的富含固体部分未如此传输通过；并且其中所述表面改性的聚酰亚胺纳米纤维网包含含有芳族聚酰亚胺纳米纤维的纳米纤维网，所述纳米纤维网具有自由表面区域，其至少一部分包含仲酰胺，所述仲酰胺包含含有烃基的官能团。

在一个实施例中，所述官能团还包括包含氧、氮、或硫的官能团。在另一个实施例中，所述包括氧、氮、或硫的官能团为氨基。

在另一方面，本发明提供过滤设备，所述设备包括设有用于引入待过滤混合物的第一端口和用于排放滤液的第二端口的外壳，所述外壳内包含表面改性的芳族聚酰亚胺纳米纤维网，所述纤维网被密封地设置成被所述待过滤的混合物润湿地冲击其表面，以使所述混合物的富含流体部分传输通过所述表面改性的聚酰亚胺纳米纤维网，而所述混合物的富含固体部分未如此传输通过；并且其中所述表面改性的聚酰亚胺纳米纤维网包含含有芳族聚酰亚胺纳米纤维的纳米纤维网，所述纳米纤维网具有自由表面区域，其至少一部分包含仲酰胺，所述仲酰胺包含含有烃基的官能团。

在一个实施例中，所述官能团还包括包含氧、氮、或硫的官能团。在另一个实施例中，所述包括氧、氮、或硫的官能团为氨基。

在另一方面，本发明提供多层制品，其包括第一电极材料、第二电极材料、和设置在它们之间并接触所述第一和所述第二电极材料的多孔隔膜，其中所述多孔隔膜包括纳米纤维网，其包括芳族聚酰亚胺纳米纤维，所述纳米纤维网具有自由表面区域，其至少一部分包含仲酰胺，所述仲酰胺包含含有烃基的官能团。

在一个实施例中，所述官能团还包括包含氧、氮、或硫的官能团。在另一个实施例中，所述包括氧、氮、或硫的官能团为氨基。