[发明专利]一种含羧基结构聚酰亚胺/纳米二氧化硅复合多孔薄膜及其制备方法

摘要

一种含羧基结构聚酰亚胺/纳米二氧化硅复合多孔薄膜及其制备方法，属于高分子膜材料技术领域。其首先是制备含有羧基结构的可溶性聚酰亚胺，利用纳米二氧化硅表面大量的羟基官能团与聚酰亚胺结构中羧基官能团强氢键作用，实现纳米二氧化硅粒子在聚酰亚胺高分子溶液中的均匀分散，再通过刮膜的方法制备掺杂二氧化硅的聚酰亚胺薄膜。然后，通过相分离法制备具有高孔隙率、规整有序多孔结构的含羧基结构聚酰亚胺/纳米二氧化硅复合多孔薄膜。在保持耐热性能的同时，进一步提高和改善多孔膜的耐电解液能力和化学稳定性。该材料对于提高锂离子电池的综合性能，特别是安全性，具有十分重要的意义和广阔的应用前景。

主权项

一种含羧基结构聚酰亚胺/纳米二氧化硅复合多孔薄膜的制备方法，其步骤如下：a)制备含羧基结构聚酰亚胺聚合物：氮气保护条件下，以3,5‑二氨基苯甲酸、六氟酸酐、4,4’‑二氨基‑2,2’‑双三氟甲基联苯为原料，酸酐单体与二胺单体4,4’‑二氨基‑2,2’‑双三氟甲基联苯的摩尔比为1～1.02：1；控制羧基结构的摩尔百分含量为10～50％，即[3,5‑二氨基苯甲酸/(3,5‑二氨基苯甲酸+4,4’‑二氨基‑2,2’‑双三氟甲基联苯)]摩尔比为10～50％；以N,N‑二甲基乙酰胺或N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，反应体系含固量为20～30％；室温条件下聚合反应20～24小时，得到高粘度含羧基结构的聚酰胺酸溶液；然后加入体积比为2：1的化学亚胺化试剂乙酸酐和三乙胺，40～60℃反应2～3小时，110～120℃反应1～2小时，于蒸馏水中出料，产物经粉碎机粉碎后，分别用乙醇和去离子水洗涤5～7次，50～80℃真空干燥20～30小时，得到白色的含羧基结构聚酰亚胺聚合物样品，产率为96～98％，其结构式如下所示，其中m、n表示各个重复链段的百分含量，m+n＝1，且0.5≤m≤0.9；b)以N,N‑二甲基乙酰胺为溶剂，将步骤a)得到的含羧基结构聚酰亚胺聚合物配置成质量百分比浓度为15～25％的高分子溶液，再加入是含羧基结构聚酰亚胺聚合物质量2～5％、粒径范围200～300nm的纳米二氧化硅，经超声波分散，得到分散有纳米二氧化硅的含羧基结构聚酰亚胺溶液；c)将步骤b)得到的分散有纳米二氧化硅的含羧基结构聚酰亚胺溶液，在水平的玻璃板上用20～80μm的刮刀刮膜，静置10～30秒后将高分子膜连同玻璃板在室温条件下匀速浸入到正丁醇和N,N‑二甲基乙酰胺的混合溶剂中固化5～20分钟，正丁醇占混合溶剂体积的70～90％；取出固化的聚合物复合膜，将其在乙醇中浸泡洗涤4～6次，除去残留的N,N‑二甲基乙酰胺和正丁醇，最后将聚合物复合膜在40～60℃条件下真空干燥，得到含羧基结构聚酰亚胺/纳米二氧化硅复合多孔薄膜。