[发明专利]一种氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜及其制备方法

权利要求书

1.一种氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将芳香族二胺溶于有机溶剂中，按照冠醚与芳香族二胺的摩尔比为(0.1～0.4)：1.0加入冠醚后搅拌2～3小时；按照芳香族二酐与芳香族二胺的摩尔比为(1.0～1.1)：1.0加入芳香族二酐，搅拌8～12小时，得到黄色粘稠的聚酰胺酸‐冠醚溶液；

(2)将所述聚酰胺酸‐冠醚溶液用所述有机溶剂稀释，加入到无水乙醇中，产生沉淀，过滤除去滤液后放入真空干燥箱中，干燥，得到黄色的聚酰胺酸-冠醚包合物固体；

(3)将质量比为(1～3)：1的聚乙烯吡咯烷酮和氧化石墨分散在所述有机溶剂中，经100～400W超声处理1～3小时，得到聚乙烯吡咯烷酮-氧化石墨烯分散液；

(4)将步骤(2)所得聚酰胺酸-冠醚包合物固体溶于所述有机溶剂中，加入聚乙烯吡咯烷酮-氧化石墨烯分散液，搅拌8～12小时后均匀涂抹于洁净玻璃片上，除气泡，升温干燥；冷却至室温，取出玻璃片，放入热水中浸泡使薄膜脱落，得到氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的芳香族二胺为4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯基甲烷或对苯二胺；所述的冠醚为15-冠醚-5或18-冠醚-6；所述的芳香族二酐为1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐或3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐。

3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜；步骤(1)所述的有机溶剂用量为芳香族二胺质量的10～12倍。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述芳香族二胺溶于所述有机溶剂中是在湿度低于50％、室温、机械搅拌和氮气气氛中进行。

5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸‐冠醚溶液用所述有机溶剂稀释3～5倍。

6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇用量为聚酰胺酸‐冠醚溶液用所述有机溶剂稀释后质量的5～10倍；所述加入到无水乙醇中的方式是逐滴加入；步骤(2)所述干燥是于50～100℃下干燥8～12小时。

7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨通过如下方法制备：冰浴条件下，以质量份数计，在烧瓶中加入1份石墨和6份高锰酸钾，缓慢加入225份浓度为98％浓硫酸和30份浓度为85％磷酸，升温至50℃反应12小时，然后将溶液倒入冰水中，加入6份过氧化氢，静置一夜，收集底部沉降物，依次用质量浓度为10％的盐酸溶液洗涤2次以及蒸馏水反复洗涤至上清液为中性，收集到的固体冷冻干燥后得到蓬松的氧化石墨。

8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为40,000～360,000；所述的氧化石墨烯的用量为芳香族二胺和芳香族二酐总质量的0.1％～0.5％。

9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述有机溶剂用量为聚酰胺酸-冠醚包合物质量的4～6倍；步骤(4)所述聚乙烯吡咯烷酮-氧化石墨烯分散液与溶于有机溶剂聚酰胺酸-冠醚包合物固体的混合物质量比为1：2～1：5；所述除气泡在真空烘箱中进行；所述升温干燥是升温至50～80℃干燥8～12小时；再按如下设定程序升温：在80±5℃下保持1.0～1.5小时，在100±5℃下保持1.0～1.5小时，120±5℃下保持1.0～1.5小时，150±5℃下保持1.5～2.5小时，200±5℃下保持1.0～1.5小时，300±5℃下保持1.5～2.5小时。

10.一种氧化石墨烯/冠醚复合改性聚酰亚胺膜，其特征在于其由权利要求1-9任一项所述制备方法制得；其热膨胀系数为23‐35ppm/K；拉伸模量为3.2‐3.9GPa；拉伸强度为103‐146MPa；断裂伸长率为26％‐50％；5％热失重温度为542℃‐558℃。