[发明专利]一种连续化制备表面银化聚酰亚胺薄膜的方法

说明书

一种连续化制备表面银化聚酰亚胺薄膜的方法，可实现长度为20米以上的表面银化聚酰亚胺导电薄膜的连续化制备，银层与聚酰亚胺基体界面粘结性优异，导电性、反射率佳，薄膜各处厚度均匀，偏差在±1.5％以内。该银化薄膜的制备方法为将商品膜浸泡在强碱液中进行刻蚀，然后浸泡在可溶性银盐溶液中进行离子交换，再经过化学还原后进行热处理，最后进行银层的二次加厚，实现表面银化聚酰亚胺薄膜的连续化制备。本发明的方法直接采用商品化的高强度聚酰亚胺薄膜为基体，非常利于实现轻质、高强度、高反射、高导电表面覆银PI膜层材料的大面积可控制备。

技术领域

本发明属于聚合物金属复合材料领域，涉及一种连续化制备表面银化聚酰亚胺薄膜的方法。

背景技术

表面覆银(Ag)的聚合物膜层材料既有聚合物基体的轻质、柔韧、易于加工的特点，又具有表面银金属层的高反射和高导电特性等诸多优点，使其在电磁屏蔽、热控涂层、抗激光涂层和大功率射频天线(大面积、可展开)等方面的军用电子、航空和航天等领域具有极其广泛的应用前景。在众多的聚合物材料之中，聚酰亚胺(PI)以其极其优异的耐高低温性能、力学性能、绝缘性能和耐空间辐照性能，以及其优异的成膜性、柔韧性、结构多样性和可连续大面积制备的特点，成为制备高反射、高导电、轻质、高强度表面银化聚合物膜层材料最为优选的基底材料。表面覆载金属银层的聚酰亚胺因同时结合了表面银层极其优异的导电性(电导率高达6.3×107S·m^-1)和反射性(反射系数高达0.93)，再加上聚酰亚胺基体本身轻质、高强、耐高低温、耐辐照以及柔性可折叠的特点，在许多领域都表现出广阔的应用前景，可以用于电磁屏蔽、太空中依靠太阳能工作的γ射线望远镜上的反射器和聚能器、光导通讯设备中的波导系统、大功率射频天线、航天器的热控涂层、抗激光涂层、光学仪器的结构部件、抗菌涂层、柔性印刷线路板等。在实现各种型号和装备的轻质、柔性、微型化，改善光学仪器的结构、降低其易碎性，以及满足特殊环境应用方面具有十分重要的价值。

目前，大面积的、连续化的高反射、高导电表面覆银PI膜层材料还没有商业化的产品出现。但是，有关聚酰亚胺表面金属化的技术，人们已经进行了多年的研究。

外部沉降法，包括物理气相沉降法(如蒸镀、溅射、离子镀等)、化学气相沉降法(热诱导的、光诱导的、等离子电弧催化的等)、电沉降法、磁控溅射法以及直接化学镀法等，将金属相从外部直接沉积到基质表面形成金属层，制得的膜层材料表面平滑细腻，基本上不改变基底薄膜的表面粗糙度和光洁度。但是，由于PI具有全芳香的环链状结构、分子链堆砌密度高、表面光滑且缺少活性基团，从而导致其表面能和反应活性低，呈现出显著的表面惰性，并且银属于难粘结金属，因此表面金属层与聚酰亚胺基体之间的界面粘结性能较差，很容易发生金属层剥落的现象。

原位一步自金属化法，是将聚酰亚胺预聚体(聚酰胺酸)溶液和特殊的银盐的前驱体溶液混合在一起制成均一溶液，然后流延成膜，并进行热处理，在热处理过程，将聚酰胺酸经热亚胺化反应转变为聚酰亚胺基体，同时将金属前驱体热还原，并使其发生迁移聚集，从而在聚酰亚胺的表面形成银层。与传统的外部沉降法相比，该方法具有一步成形、加工简单以及可实现大面积连续制备的优点，而且表面金属层与基体聚合物之间有很好的界面粘结性。但是，并不是所有类型的聚酰亚胺都可以被有效的金属化，也不是所有的金属银盐都能作为有效的金属化前驱体。该方法对聚酰亚胺基体和所采用的银盐母体都具有很高的选择性，而且金属化过程中大量的银粒子均滞留在聚酰亚胺基体当中，不但对表面银层的形成没有贡献，而且还在较大程度上破坏了基体本身的性能，所以原位一步法制备出的表面覆银PI膜层材料力学性能通常较低。

本发明采用的表面改性离子交换法，利用聚酰亚胺大分子中含有不耐碱液的酰亚胺环的特点，使用碱液对聚酰亚胺薄膜进行表面处理，使其表面的一层聚酰亚胺水解开环形成聚酰胺酸盐，然后利用聚酰胺酸中的可反应活性基团—羧基与水溶性的银盐进行离子交换反应，生成聚酰胺酸的银盐化合物，从而将银离子引入到薄膜基体表层中，然后通过化学还原或者热处理诱导银离子还原，从而得到表面银化的聚酰亚胺薄膜。