[发明专利]一种表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

一种表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺薄膜，其制备方法为：首先将成品聚酰亚胺膜(PI)表面改性，得到表面为一定厚度聚酰胺酸(PAA)改性层的PI薄膜，然后将制备的PAA/二氧化硅前驱体纳米纤维膜平整铺展在其表层，再将二氧化硅前驱体溶液和PAA良溶剂组成的混合溶液定量喷涂于其上，再经缓慢水解及热处理得到表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺薄膜。本发明方法可应用于商品化聚酰亚胺薄膜的改性，实现简单、可控性好，实际应用前景好，制得的PI/SiO₂薄膜不仅保留了成品膜原有的优异性能，而且可以有效解决了表面无机涂层易发生断裂、脱落、分层等问题，且可实现表面SiO₂覆载厚度可控。同时，本方法成本低、适用范围广，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺/二氧化硅复合技术领域，具体涉及一种表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术

静电纺丝是一种制备纳米纤维膜简单有效的方法，具有设备简单、易于操作、制备快捷、成本低廉、适用范围广等优点。同时，所制得的纳米纤维膜具有比表面积大、长径比大、孔隙率高、吸附力强等特点，这使其在过滤材料、生物医用功能材料及高性能电池隔膜等领域具有应用前景和显著优势。

聚酰亚胺(PI)是分子结构含有酰亚胺基团的芳杂环高分子化合物，是综合性能最佳的有机高分子材料之一，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。

在高速发展的航空、航天领域中，聚酰亚胺已成为不可或缺的高性能材料之一，被大量应用于空间飞行器的热控材料、轻质太阳能电池阵列的柔性基板以及电路系统的绝缘保护层等。但由于飞行器运行时，会受到其工作环境中主要成分——原子氧(AO)的严重侵蚀，导致表面聚酰亚胺材料性能退化甚至失效，严重影响飞行器的工作状态及使用寿命。因此,国内外对于耐原子氧材料的研究正如火如荼。目前，耐原子氧聚酰亚胺材料的制备方法主要有两种：一种是将耐原子氧性能良好的硅、磷、锆及POSS结构等特定的基团或原子引入PI主链中；另一种是将耐原子氧性能优异的无机层(如SiO₂，Al₂O₃等)直接涂覆于聚酰亚胺表面。但上述方法分别存在研究成本高、工艺复杂、难工业化及涂层易发生断裂、分层、脱落等缺点。而就我国目前聚酰亚胺薄膜产品的生产质量而言，也很难满足于航空航天领域的高端性能要求，短时间内极有可能需要从国外进口性能更为优异的聚酰亚胺基膜，这也增加了制备耐原子氧聚酰亚胺薄膜材料的难度。

本发明基于我国目前聚酰亚胺薄膜应用的实际情况，提出了一种在聚酰亚胺薄膜表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的方法。该方法可以直接在成品聚酰亚胺薄膜上进行改性，首先先对PI基膜进行表面改性，使其形成表面为一定厚度PAA改性层的PI薄膜上述PAA改性层可增加薄膜粘结性；将聚酰胺酸/二氧化硅前驱体溶液经静电纺丝制得聚酰胺酸/二氧化硅前驱体纳米纤维膜，并将其平整铺展于表面为PAA改性层的PI薄膜上，再将定量定比例的二氧化硅前驱体溶液和PAA的良溶剂的混合溶液均匀喷涂至纳米纤维膜上，利用此纳米纤维膜孔隙率高、吸附力强及其在PAA的良溶剂下与基底PAA改性层互渗性，形成互穿网络高粘结层，以实现表面SiO₂前驱体的留存及良好的界面粘结性；，再经缓慢水解及热处理得到表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺薄膜。

本发明制得的聚酰亚胺/二氧化硅薄膜，不仅可以实现对商品化聚酰亚胺薄膜的改性，还可以有效解决表面无机层断裂、脱落等问题，且表面二氧化硅层厚度可控，同时具有成本低、适用范围广，易于工业化的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面覆载高粘结性致密二氧化硅层的聚酰亚胺(PI/SiO₂)薄膜，该薄膜不仅保留了成品膜原有的优异性能，而且可以有效解决了表面无机涂层易发生断裂、脱落、分层等问题，且可实现表面SiO₂覆载厚度可控。