[发明专利]一种聚酰亚胺中空纤维制备方法

说明书

本发明公开一种聚酰亚胺中空纤维制备方法，在密闭容器中预先将二氨基二苯醚溶于极性有机溶剂中，再向密闭容器中加入均苯四甲酸二酐，制得聚酰胺酸溶液为壳介质，低温保存备用，二氯甲烷与极性有机溶剂按照质量比为10:1～10:10混合形成溶剂，聚碳酸丙烯酸酯溶解于上述溶液中，得到聚碳酸亚丙酯溶液为核介质；壳介质和核介质在室温下用同轴电纺的方法制备纳米复合纤维，纳米复合纤维经过热处理，得到聚酰亚胺中空纳米纤维。本发明制备方法清洁环保，制孔效果优异，工艺简单，易于调控。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺材料纳米纤维制备技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺中空纤维制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是指分子主链中含有酰亚胺环的一类聚合物，聚酰亚胺中的高度共轭的刚性主链结构使其具有很好的耐热性、机械性能、电性能、碳化性能等，广泛地应用于航空航天、微电子、纳米、隔膜等领域。聚酰亚胺主要通过两步法制备，由芳香族四羧酸二酐与二胺为原料，初步缩聚成聚酰胺酸(PAA)后，再高温或者通过化学亚胺化法而制得。

中空纳米纤维是一类拥有二级空腔结构、中空单通道或多通道结构的一维的功能纳米材料。中空纳米纤维具有超高的比表面积、超大的长径比及中空轻质的优点，在催化、过滤分离、纳米发电、感应、生物医药等领域具有巨大的潜在应用价值。

现有制备纳米中空纤维的方法有模板法、悬浮聚合法、乳液聚合法和自组装法，然而这些方法存在着一定的缺点，如制备过程冗杂、制备条件需严格控制、环境污染较大、成本较高等，因此寻求一种更加简便、可控、清洁、低廉的制备方法一直是纳米中空材料研究的热点。

通常制备聚酰亚胺中空纳米纤维的核介质一般为水溶性聚合物的溶液，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)、和聚乙二醇(PEG)，但该方法需要利用去离子水长时间浸泡烘干制孔，耗时繁琐而且消耗水资源较多，成本较高污染较大，且由于水的浸泡作用导致纤维强度很差，纤维直径大而空腔小，纤维形貌单一。

聚碳酸亚丙酯(PPC)是以二氧化碳(CO₂)和环氧丙烷(C₃H₆O)为原料共聚而成的一种全生物降解塑料。PPC的玻璃化转变温度为(35℃～40℃)，在常温下能保证纤维形貌稳定；初始热分解温度在200℃左右，热分解出CO₂和H₂O形成二次致孔且绿色环保无污染，无需进行水处理；惰性气体保护下，热分解无残留，清洁且具有良好的致孔效果；可溶于多种有机溶剂如二氯甲烷(DCM)、二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EAC)、四氢呋喃(THF)等，能与多种高分子互溶，保证能与聚酰亚胺进行同轴电纺，分子量范围为2000～100000，可用于调控纤维直径和中空孔径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚酰亚胺中空纤维制备方法，该方法制备工艺简单、过程条件可控、环保清洁且安全低价。

本发明的技术方案为：一种聚酰亚胺中空纤维制备方法，包括以下步骤：

(1)在密闭容器中预先将二氨基二苯醚(ODA)溶于极性有机溶剂中，再向密闭容器中加入均苯四甲酸二酐(PMDA)，制得聚酰胺酸溶液为壳介质，0～5℃保存备用；

(2)二氯甲烷(DCM)与极性有机溶剂按照质量比为10:1～10:10混合形成溶剂，聚碳酸丙烯酸酯(PPC)溶解于上述溶液中，得到聚碳酸亚丙酯溶液为核介质；

(3)用步骤(1)制备的壳介质和步骤(2)制得的核介质，在室温下用同轴电纺的方法制备纳米复合纤维；

(4)将步骤(3)的纳米复合纤维经过热处理，得到聚酰亚胺中空纳米纤维。

所述步骤(1)中，壳介质的制备过程在常温下进行，均苯四甲酸二酐分多次加入密闭容器，边加入边搅拌反应至少5h。