[发明专利]一种表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜的制备方法

说明书

一种表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜的制备方法。首先将聚酰胺酸溶液通过静电纺丝技术制成聚酰胺酸纤维膜，随后把纤维膜置于放有钛化合物的密闭容器中，在50℃～70℃的真空条件下进行处理，然后经水解和梯度升温热亚胺化处理，最终制得表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜。本发明的方法实施过程简单，包覆效率高，对基体无损伤，且二氧化钛纳米层的厚度可调可控，应用前景良好。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维膜技术领域，尤其是涉及一种表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一类主链上含有酰亚胺环结构的高性能聚合物，具有优异的耐高低温性能、机械性能、介电性能、化学稳定性以及耐紫外耐辐照的独特优势，在航空航天、微电子以及原子能等高科技领域均得到了应用。近年来，随着静电纺丝技术的发展，以聚酰亚胺为基体的纳米纤维膜材料得到了人们的广泛关注。这类材料由于结合了纤维膜比表面积大、孔隙率高的优势和聚酰亚胺耐高温以及化学稳定的特性，在组织工程支架、药物缓释材料、传感器、催化、过滤材料以及电池隔膜等领域都表现出巨大的潜在应用价值。其中，为了赋予聚酰亚胺纤维膜更加优异的表面性能及功能性，对其进行表面无机粒子覆载制备出表面包覆无机纳米层的聚酰亚胺基有机/无机复合纤维膜是当前备受关注的研究领域。

当前，制备聚酰亚胺基有机/无机复合纤维膜的方法主要有直接共混法、原位聚合法和溶胶-凝胶法。直接共混法是将无机纳米粒子直接与聚酰亚胺或者聚酰亚胺的前驱体直接进行混合，将无机纳米粒子分散在聚合物基体中，从而得到复合材料。而原位聚合法则是将纳米粒子与有机单体混合均匀后，再在适当的条件下引发单体聚合，从而得到掺杂无机纳米粒子的聚酰亚胺复合材料。溶胶凝胶法是指将无机化合物水解缩合后形成溶胶，再与有机高分子溶液或乳液共混，发生凝胶化后形成聚合物/无机纳米复合材料。

上述方法可以实现无机纳米粒子在有机聚合物基体中的均匀分散，因此，在制备无机纳米粒子掺杂的聚酰亚胺纤维膜方面具有很好的效果，成为该领域的常用方法。如专利CN102277648B曾采用直接共混法成功制备出了无机/有机复合聚酰亚胺基纳米纤维膜；专利CN101301592A曾采用溶胶-凝胶法制备出了聚酰亚胺/二氧化钛复合亚微米纤维膜。然而，这些方法在制备表面包覆无机纳米层的聚酰亚胺纤维膜时却存在较大的不足。这主要是由于无机纳米粒子大部分处于聚酰亚胺基体纤维的内部，仅有很少量的纳米粒子附着在基体纤维表面，导致无机纳米粒子对基体纤维表面的包覆率不高，无法在纤维表面形成连续致密的无机纳米层，并且无机纳米层的厚度不均匀，也很难实现可控。虽然，可以在制备过程中通过大量添加无机纳米粒子或其前驱体的方法来提高无机粒子在基体纤维表面的包覆程度，但是这往往又会导致聚酰亚胺基体纤维本体性能的较大改变；同时，无机纳米粒子或其前驱体的大量加入还会改变聚酰亚胺及其前驱体溶液本身的特性(如粘度、密度和导电性等)，从而导致电纺丝工艺参数的大幅改变，甚至出现无法电纺丝制备复合纤维膜的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种简单有效的制备表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜的工艺方法。本发明的方法工艺过程简单，包覆效率高，对基体无损伤，且二氧化钛纳米层的厚度可调可控，应用前景良好。

1.一种表面包覆二氧化钛纳米层的聚酰亚胺纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A:采用固含量为8％～30％的聚酰胺酸溶液，经静电纺丝法制得聚酰胺酸纤维膜；

B:将步骤A制得的聚酰胺酸纤维膜置于盛有钛化合物的密闭容器中，在50℃～70℃的真空条件下处理10min～1h；

C:将步骤B制得的聚酰胺酸纤维膜在水蒸气中处理0.5～3min，然后再在室温和常压条件下静置0.5～1h；

D:顺序重复步骤B和步骤C若干次；