[发明专利]一种纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜的制备方法

说明书

本发明属于高分子复合材料领域，公开了一种纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜的制备方法，该薄膜是以4,4’‑二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐为单体，纳米金刚石悬浮液为分散剂，经原位聚合反应制备得到。本发明制备得到的纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜的导热性及机械性能都有显著的提高，且本发明的制备方法操作简单、对环境友好，原料易得且成本低，便于工业化大规模应用。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是重复单元中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物，由于PI分子中具有十分稳定的芳杂环结构单元，使它具有其他高聚物无法比拟的优异性能，如：良好的热稳定性、机械性能和柔韧性等，因而在航天航空、电气、微电子、汽车和石油化工等领域得到了广泛应用。

目前，PI通常是以均苯四甲酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚为原料聚合而成，但由此制得的PI因其刚性结构的大分子取向作用，导致PI具有各向异性的介电性能，难以满足微电子工业发展的需要。除此之外，PI还存在着吸水率高、韧性有限等缺点，因而在许多领域的应用中都受到了限制。综上分析，如何提高聚酰亚胺材料的综合性能是当今材料学科研究的重要课题之一。

纳米金刚石是平均粒径小至纳米级的金刚石微粉，除了具有金刚石的一般特性(如最大的硬度、极高的导热性、高的耐磨性、良好的化学稳定性)外，还具有纳米材料的特性，如比表面积大、化学活性好、熵值大和较多的结构缺陷等。由于纳米金刚石的双重特性，使其在复合镀层、研磨、抛光、润滑、复合材料等领域得到了广泛的应用，因而纳米金刚石被誉为“21世纪最有前途的材料”之一，由此将纳米金刚石作为增强材料添加到聚酰亚胺中以提高其机械性能从而获得纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜，这已发展成为本领域的一大研究热点。

例如，中国专利文献CN105111739A公开了一种高导热聚酰亚胺薄膜，该薄膜的原料配方由反应单体4,4’-二胺基二苯醚和均苯四甲酸二酐(摩尔比为1:1～1.15)以及纳米材料浆料组成，其中纳米材料浆料包括30～40wt％非质子极性溶剂、50～66wt％无机纳米材料、2～5wt％分散剂、2～5wt％偶联剂，无机纳米材料可以是金刚石。上述技术通过在聚酰亚胺薄膜配方中加入具有导热性的纳米金刚石，有效提高了聚酰亚胺薄膜的导热性能，使其导热系数从原来的0.2Wm^-1k^-1升至1～5Wm^-1k^-1，但由于上述技术是采用纳米材料浆料与聚酰胺酸溶液直接共混的方法制备得到纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜，势必存在混合不均匀的现象，从而会影响复合薄膜的导热性和机械性能。另外，上述技术中的纳米材料浆料除含有溶剂和无机纳米材料之外还含有一定量的分散剂和偶联剂，由此不仅增大了原材料的投入成本，更重要的是还会影响复合薄膜的导热性和机械性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服中现有的纳米金刚石/聚酰亚胺复合薄膜导热性和机械性能较差的问题，进而提供一种具有高导热性及高机械强度的纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纳米金刚石分散于有机溶剂中，形成纳米金刚石悬浮液；

(2)惰性气体保护下，向步骤(1)得到的纳米金刚石悬浮液中加入4,4’-二氨基二苯醚，不断搅拌并分多次加入均苯四甲酸二酐，在-10～10℃下进行原位聚合反应，得到纳米金刚石/聚酰胺酸溶液，所述均苯四甲酸二酐和所述4,4’-二氨基二苯醚的摩尔比为1～1.2:1；

(3)将所述纳米金刚石/聚酰胺酸溶液制成薄膜，所述薄膜经热亚胺化处理后即为纳米金刚石/聚酰亚胺薄膜。

步骤(1)中，在2～10MHz的超声波作用下将纳米金刚石分散于有机溶剂中。