[发明专利]一种可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺溶解于溶剂中，配制成聚酰亚胺纺丝溶液；(2)将聚酰亚胺纺丝溶液转移至静电纺丝设备中，进行静电纺丝，然后置于烘箱内烘干，得到可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜。与现有技术相比，本发明将现有的两步法通过改变聚酰亚胺溶解性，成功简化为一步法，省略了后期热亚胺化的过程，并利用静电纺丝技术结合聚酰亚胺优良的耐热性、耐化学腐蚀性，制备出比表面积大、孔隙率高、热力学性能优良的聚酰亚胺纤维膜，步骤简单，可重复性强，应用广泛。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维膜，尤其是涉及一种可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)具有优良的化学稳定性、热稳定性和机械性能，而且合成途径多，种类繁多，原料来源方便，因此在航天航空、微电子工业、汽车机械等领域具有广阔的应用前景。但常规聚酰亚胺难熔融，难溶解，加工成型困难，如聚酰亚胺纺丝成纤维比较困难，目前商品化聚酰亚胺纤维种类较少，限制了聚酰亚胺纤维的工业化应用。目前制备聚酰亚胺多采用两步法，即对可溶性中间体聚酰胺酸进行加工，再进行亚胺化处理得到所需聚酰亚胺材料，但应用于工业中往往存在聚酰胺酸保质期短、不稳定易分解等问题，步骤复杂且无法完全亚胺化。

聚酰亚胺纳米纤维膜具有多种制备方法，但是最常用的是静电纺丝法。这主要是因为静电纺丝技术设备简单、操作简易高效，制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高和力学性能好等优势。但是由于常规聚酰亚胺难熔融，难溶解，加工成型困难，目前静电纺丝聚酰亚胺多采用两步法，即先合成可溶的聚酰胺酸，对其进行静电纺丝得到聚酰胺酸纤维后，亚胺化得到聚酰亚胺，步骤复杂且亚胺化过程中水分子释放会造成纤维微孔，纤维力学性能变差，而通过制备具有优良可溶性的聚酰亚胺，直接纺丝聚酰亚胺纺丝溶液制备聚酰亚胺纳米纤维膜，操作简单且制备出的聚酰亚胺纤维膜能够完美结合静电纺丝技术与聚酰亚胺的优良特性，具有广阔的发展前景和实际应用价值。

中国专利CN201611090118公开了静电纺丝制备聚酰亚胺微米纤维的方法，所述聚酰亚胺微米纤维的制备方法包括以下步骤：将聚酰胺酸铵盐溶解于水中，得到聚酰胺酸铵盐溶液；将醇与聚酰胺酸铵盐溶液混合，得到聚酰胺酸铵盐纺丝原液；将聚酰胺酸铵盐纺丝原液纺丝得到聚酰胺酸铵盐纤维；将聚酰胺酸铵盐纤维热亚胺化，得到聚酰亚胺微米纤维。该聚酰亚胺微米纤维直径为1-5微米，有高强度和高模量的特点。但该方法中间产物聚酰胺酸保质期短、不稳定易分解，影响其在工业中的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚酰亚胺溶解于溶剂中，配制成聚酰亚胺纺丝溶液；

(2)将聚酰亚胺纺丝溶液转移至静电纺丝设备中，进行静电纺丝，然后置于烘箱内烘干，以除去残余溶剂，得到可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜。

作为上述方案的优选，步骤(1)中，所述聚亚酰胺的结构式为：

其中，Ar为

中的一种。

作为上述方案的优选，步骤(1)中聚酰亚胺的合成方法为：二胺单体4,4’-亚甲基二(2-特丁基苯胺)和二酐在100-190℃条件下，通过喹啉和间甲苯酚的催化作用，反应30h后得到聚酰亚胺，反应方程式如下：

作为上述方案的优选，所述二胺单体4,4’-亚甲基二(2-特丁基苯胺)的合成方法为：2-特丁基苯胺和甲醛在60-100℃的条件下，通过浓盐酸的催化作用，反应6-10h得到二胺单体4,4’-亚甲基二(2-特丁基苯胺)，反应方程式如下：