[发明专利]一种含有纳米富勒烯的聚合物薄膜制备方法

说明书

本发明涉及一种含有纳米富勒烯掺杂改性聚酰亚胺的方法，步骤如下：首先将二胺与二酐在有机溶剂中反应，得到聚酰胺酸；之后加入氨基酸酯或取代氨基酸酯修饰改性的纳米富勒烯，混合均匀得到聚酰胺酸/富勒烯前驱体溶液；将前驱体溶液涂覆制膜，经高温热酰亚胺化获得聚酰亚胺/富勒烯杂化薄膜。本发明的方法可有效改善聚酰胺酸溶液的存储稳定性，特别是有助于抑制较高储存温度下分子链降解所导致的粘度降低问题，同时纳米富勒烯的引入可在不影响聚酰亚胺薄膜表面平整性的基础上，提高薄膜材料的耐刮擦性能和导热性能。

技术领域

本发明属于材料掺杂改性领域，涉及一种聚合物材料的掺杂改性方法，具体而言，涉及一种含有纳米富勒烯的聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物材料，在航空、航天、电子、微电子、新能源等领域具有非常广泛的应用。聚酰亚胺的酰亚胺化方法包括热酰亚胺化法和化学酰亚胺化法两种，绝大多数的聚酰亚胺因其较差的溶解性只能选取热酰亚胺化法，即通过聚酰胺酸或其他聚酰胺酸衍生物经高温热酰亚胺化处理得到聚酰亚胺。

对于聚酰胺酸及其衍生物前驱体而言，其储存稳定性较差，在较高温度甚至室温下即可发生明显的降解，特别是在湿度较大、空气或有氧气氛下，聚酰胺酸溶液的粘度降低更为明显。而聚酰胺酸的降解导致聚合物分子量的降低，会严重影响到后续所制备聚酰亚胺材料的性能，这也极大限制了热酰亚胺化法所制备聚酰亚胺的应用。因此，改善聚酰胺酸及其衍生物的储存稳定性一直是人们研究的重点。为此，人们通常在严格控温控湿环境例如无氧干燥的低温-5℃及更低温度下储存，或采用低吸湿性混合溶剂的方式储存、或在聚酰胺酸溶液中加入有机小分子稳定助剂等方法。然而，苛刻的无氧干燥低温环境无法适用于更多有水有氧室温甚至更高温度的场景，混合溶剂方法受聚酰亚胺结构体系溶解性的限制不具有普适性，而外加有机小分子助剂则影响聚合物材料的耐热性能特别是热分解温度会有较大降低。因此，开发一种简单、普适性强且不会对聚酰亚胺材料性能造成影响的方法，以有效提高聚酰胺酸及其衍生物的储存稳定性是当前面临的技术挑战。

富勒烯分子具有独特的π电子结构，是捕获自由基的良好电子受体，可以消除聚酰胺酸及其衍生物溶液中可能存在的自由基或电子活性基团，遏制降解反应，使其保持稳定，并降低对环境湿度、气氛的敏感性。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米富勒烯掺杂改性聚酰亚胺的方法，通过加入特殊结构的纳米富勒烯，改善聚酰胺酸及其衍生物的储存稳定性，并提高了聚酰亚胺薄膜材料的表面性能和导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米富勒烯掺杂改性聚酰亚胺的方法，其特征在于，采用的富勒烯为经过氨基酸酯或取代氨基酸酯的表面改性，富勒烯的掺杂方式为直接与聚酰胺酸溶液进行共混。

一种含有纳米富勒烯的聚酰亚胺薄膜制备方法，其特征在于，由聚酰胺酸与氨基酸酯或取代氨基酸酯表面改性的纳米富勒烯混合，经高温热酰亚胺化制备得到。该方法包括如下步骤：

(1)将二胺与二酐溶于有机溶剂中，反应得到聚酰胺酸溶液；

(2)将纳米富勒烯加入至上述聚酰胺酸溶液中，混合均匀；

(3)将上述聚酰胺酸/富勒烯前驱体溶液涂覆制膜，经高温热酰亚胺化，得到聚酰亚胺/富勒烯杂化薄膜。

在步骤(3)之后，待温度降至室温后，可将所制得的聚酰亚胺/富勒烯杂化薄膜浸入水中剥离、干燥，然后储存备用。

在步骤(1)中，所述二胺为芳香结构二胺、脂环结构二胺或脂肪结构二胺的一种或多种；所述二酐为芳香结构二酐、脂环结构二酐的一种或多种。所述有机溶剂为N,N'-二甲基甲酰胺、N,N'-二甲基乙酰胺、N,N'-二乙基甲酰胺、N,N'-二乙基乙酰胺、二甲基丙酰胺、二乙基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、丁内酯、环戊酮、二甲基亚砜、间甲酚中的任意一种或多种。

二胺与二酐的添加和反应，优选在氮气保护下进行。