[發明專利]一種用于高空濕度探測的聚酰亞胺薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310420712.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103467983A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 邊旭明;武德珍;田國峰;張偉;彭文武
• 申請（專利權）人: 北京長峰微電科技有限公司;北京化工大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08G73/10;C08J5/18
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱;姜中英

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技術領域

本發明涉及一種聚酰亞胺薄膜及其制備方法，特別是一種用于高空濕度探測的聚酰亞胺薄膜及其制備方法。

背景技術

國際氣象組織對高空濕度探測要求不斷提高，要求提高電容式濕度探測裝置中感濕薄膜層的濕度敏感特性，包括濕度響應精度及速度。感濕薄膜內的水分子含量隨環境濕度同時變化。當感濕薄膜內的水分子含量發生變化時，其薄膜材料的介電常數隨之變化，從而引起電容值的變化。目前已知的用于電容式濕度探測裝置的感濕薄膜主要有電解質類、高分子化合物、陶瓷基材料、多孔金屬氧化物以及半導體材料。自從?1978?年芬蘭?Vaisala?公司成功研制?Humicup?高分子電容式濕度傳感器以來，高分子型電容式濕度傳感器以其優異性能在國際上得到了越來越多領域的承認。與電解質類和半導體陶瓷類感濕材料相比，高分子感濕薄膜具有測濕范圍寬、靈敏度高、響應速度快、穩定性好等特點，應用前景非常廣闊。

目前常用于制作感濕薄膜的高分子材料的主要有醋酸纖維素類、苯乙烯類、聚酰亞胺類、聚甲基丙烯酸甲酯類及這些材料的衍生物、或者與其他單體的共聚物等。這些材料的共同特點是都含有極性親水基團，可以與水分子相互作用形成氫鍵或以范德華力結合，達到吸濕的目的；不足之處在于如果極性基團太強時，水分子吸附量較大，吸附的水分子在膜中不能看作單獨存在，易發生凝聚，會引起水分脫除困難，導致濕度測量滯后，這種情況在低溫高濕環境中更加明顯。這是目前高分子電容式濕度探測裝置最大的弊端，在氣象探測領域的應用有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高空濕度探測的聚酰亞胺薄膜及其制備方法，解決目前常用于制作感濕薄膜的高分子材料在低溫高濕環境中吸附和脫出水分子滯后的問題。

一種用于高空濕度探測的聚酰亞胺薄膜，是由聚酰胺酸高溫酰亞胺化后得到的，聚酰胺酸由5%-20%的二胺和二酐混合物、80%-95%的非質子化溶劑組成，其中二胺和二酐混合物中二胺和二酐的摩爾質量比為1：0.8～1.2。

所述二胺和二酐混合物為苯四甲酸二酐（PMDA）和4,4′-（六氟異丙烯）二酞酸酐（6FDA)中的任何一種或多種二酐與二胺4,4′-二氨基二苯醚（ODA)的混合物。

一種用于高空濕度探測的聚酰亞胺薄膜的制備方法，其具體步驟為：

第一步??合成聚酰胺酸

首先將置于冰水浴的容器中加入二酐和非質子化溶劑，采用機械攪拌至二酐完全溶解；然后向容器內的溶液逐步添加二胺，持續攪拌至二胺完全溶解。逐漸溶解的二胺與二酐發生聚合，合成反應保持在0℃～5℃的低溫條件下進行。經過10min～40min后待粘度達到100cp～2000cp后，完成聚酰胺酸的合成反應。

所述聚酰胺酸溶液中二胺和二酐的總添加量為5%-20%，其中二胺和二酐的摩爾比為1：0.8～1.2。

所述聚酰胺酸溶液為苯四甲酸二酐（PMDA）和4,4′-（六氟異丙烯）二酞酸酐（6FDA)中的任何一種或多種二酐與二胺4,4′-二氨基二苯醚（ODA)混合后，再經縮聚反應制得。

所述多種二酐混合物中均苯四甲酸二酐（PMDA）與4,4′-（六氟異丙烯）二酞酸酐（6FDA)的摩爾比為1：0.25～4。

所述聚酰胺酸溶液中的非質子化溶劑為N,N′-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N′-二甲基甲酰胺（DMF）或者ν-丁內酯中的任何一種，其添加量為80%-95%。

所述聚酰胺酸溶液的固含量為5%～20%。

第二步??稀釋聚酰胺酸

在粘度為100cp～2000cp的聚酰胺酸溶液中添加5%～100%的非質子化溶劑，將聚酰胺酸的粘度稀釋至60?cp～80cp。

第三步??制備聚酰胺酸薄膜

將粘度為60?cp～80cp的聚酰胺酸采用流延、輥涂或旋涂的方式在襯底材料表面涂覆，形成一層膜厚為400nm～2μm的聚酰胺酸薄膜。

第四步??聚酰胺酸薄膜進行酰亞胺化

將聚酰胺酸薄膜連同襯底材料一同放入烘箱或置于電加熱板上進行酰亞胺化。設定梯度升溫程序，升溫速率為1℃/min～10℃/min，由室溫～60℃開始保溫10min～1h；中間溫度為120℃～160℃，保溫1h～2h；末階段的酰亞胺化溫度為260℃～350℃，保溫3h～5h，經過梯度升溫熱酰亞胺化后得到最終的聚酰亞胺薄膜。