[发明专利]一种石墨烯聚酰亚胺黑膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯聚酰亚胺黑膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺具有良好的机械性能、热稳定性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等其他优异性能，几十年的应用研究表明，聚酰亚胺的高机械性能与耐化学腐蚀性可以适应各种苛刻的环境对材料性能的要求。因而被广泛应用于国民经济的诸多领域，比如载人航天、大型飞机、核电站、电子通讯、汽车等高科技产业。但是随着应用的拓展，对聚酰亚胺相关产品的要求不断提高。

如今，各种频率波段的电磁波充斥着地球，这些电磁波严重影响敏感性电子元器件的性能。并且聚酰亚胺薄膜上面会积累过多的电荷，从未产生高压放电，严重影响破坏电子设备，所以有必要研发具有抗静电能力的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜。

石墨烯具有优异的电性能，同时力学性能也极佳。近些年来，对石墨烯改善聚酰亚胺的力学性能与电性能的研究越来越多。CN102592749公布了一种表面自组装石墨烯/聚酰亚胺透明导电薄膜的方法，直接采用聚酰亚胺前驱体PAA与石墨烯机械共混的方法制得复合导电薄膜，该方法中所用到的石墨烯由于没有活性官能团，很难溶于有机溶剂中，所以导致石墨烯的分散性差；CN104151582公布了一种石墨烯‐聚酰亚胺导电黑膜的制备方法，该方法利用微波法对膨胀石墨进行二次膨胀，虽然该方法可以较好地将膨胀石墨分散开来，但是片状石墨烯表面的活性官能团的问题依然没有解决，所以石墨烯的分散性依然是一个很严重的问题。CN103589152等公布了一种原位聚合制备石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，该方法中由于大量‐NH₂的存在，易导致GO在聚合原液中沉降，不利于GO在复合薄膜中的分散，另一方面原位聚合中由于非等摩尔比官能团参与反应导致合成的聚酰胺酸分子量较低，不利于复合薄膜的机械性能的提高。

本发明采用杭州高烯科技有限公司提供的花状氧化石墨烯原料，将其分散在聚酰亚胺前驱体‐聚酰胺酸溶液中，可以很好的解决氧化石墨烯的分散性问题，同时有利于提高聚酰亚胺薄膜的机械性能及导电性能，具有优异的机械性能和良好的抗静电能力。此方法工艺简单、成本低、并易于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种石墨烯聚酰亚胺黑膜的制备方法。所述的黑膜具有优异的电学和力学性能，通过预聚形成分子量较大的聚酰胺酸，然后添加氧化石墨烯原料，制备得到的复合薄膜具有优异的机械性能，力学强度达到314.9MPa。花状氧化石墨烯舒展开来，在聚酰胺酸溶液中原位展开，相互搭接形成导电网络结构，使得绝缘的聚酰亚胺能够导电，其方块电阻在10⁶‐10⁷Ω范围内。所述的石墨烯网络结构不仅使得复合膜的透光率大大降低，所述的黑膜在可见光范围内，具有很低的透明度，透光率低于10％；所述的黑膜在紫外段范围内透明度极低，透光率低于0.1％。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯聚酰亚胺黑膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二胺和二酐均匀混合在溶剂中，在脱氧环境下进行聚合反应，得到固含量在10wt％‐20wt％的聚酰胺酸溶液，然后加入氧化石墨烯原料，搅拌得到复合溶液。氧化石墨烯的质量为聚酰胺酸和氧化石墨烯总量的0.5wt％‐5wt％。

(2)利用步骤1得到的复合溶液制备初膜，然后再进行酰亚胺化，得到石墨烯‐聚酰亚胺黑膜。

(3)将酰亚胺化之后薄膜放置在水中0.5h，使膜自然脱落。

进一步地，所述聚酰亚胺层中的聚酰亚胺为芳香族的聚酰亚胺、半芳香族的聚酰亚胺或脂肪族的聚酰亚胺。

进一步地，所述氧化石墨烯原料可以是花状氧化石墨烯粉末、花状氧化石墨烯溶液等。

进一步地，步骤(3)成膜方法包括刮涂法、牵拉伸法等方法。

进一步地，所述步骤1中的溶剂可以是水、DMF、DMAc、NMP、DMSO、甲醇、乙醇等溶剂。