[發明專利]一種高效隔熱聚酰亞胺薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201410454381.0
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104177639A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 秦國彤;呂永慧;江雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08G73/10
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

發明領域

本發明涉及薄膜制備領域，提供一種高效隔熱的聚酰亞胺薄膜及其制備方法。

背景技術

聚酰亞胺是一種高性能的聚合物材料，至今為止已經有50多年的發展歷史。由于它的耐溫及優異的力學性能、電性能、耐輻射性能、耐溶劑性能和合成方面的突出特點，使其在結構材料和功能材料等領域具有巨大的應用前景。

聚酰亞胺薄膜是聚酰亞胺中商品化最早的材料之一，薄膜的制備也已經成熟。根據涂膜液是聚酰胺酸(PAA)還是聚酰亞胺可將制備方法分為一步法和二步法。由于直接通過聚酰亞胺涂膜得到薄膜的一步法使用的溶劑毒性大，且溶劑在薄膜中的殘留多，很難去除等問題，使得二步法更受大家青睞。二步法即為通過聚酰亞胺涂膜制備薄膜，而后通過化學或熱亞胺化得到聚酰亞胺薄膜。

聚合物多孔材料也稱聚合物泡沫，是一種由空氣和聚合物兩相組成的復合材料，其中聚合物為連續相，空氣為分散相。多孔材料由于部分體積被空氣所取代，因此具有質量輕、密度小的特點。另外由于氣體的導熱率比聚合物的導熱率低近一個數量級，因而相對于無孔的聚合物材料而言，多孔的材料具有更低的熱導率以及更為優異的隔熱性能。聚酰亞胺多孔材料與普通的聚合物多孔材料相比，聚酰亞胺除了具有多孔材料的通性外，還有聚酰亞胺的特性：耐高、低溫，可在-250℃～250℃中長期使用；良好的阻燃性和自熄性，燃燒時不發煙，不產生CO、SO₂等有害氣體；密度范圍廣；對環境友好；易于安裝、維護，耐磨損，使用壽命長；耐化學溶劑、耐熱水。目前的聚酰亞胺多孔材料的空多為微米級孔道，導熱系數有待于進一步提高。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種高效隔熱聚酰亞胺薄膜。其特征在于：薄膜具有較低的導熱系數(0.0195—0.0338W/(m·k))。

根據本發明的另一個方面，提供了一種多孔聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于包括：

A)涂膜液的配制；

B)將涂膜液完全浸入凝固浴中，得到聚酰胺酸薄膜；

C)對聚酰胺酸薄膜進行清洗；

D)將清洗后的聚酰胺酸薄膜進行干燥；

E)將干燥的聚酰胺酸薄膜亞胺化。

根據本發明的一個進一步的方面，上述方法的特征在于上述步驟A)涂膜液為質量濃度為5-20％的聚酰胺酸。

根據本發明的一個進一步的方面，上述方法的特征在于上述步驟聚酰胺酸由二元酐和二元胺合成，其中，二元酐可以是：均苯四甲酸二酐(PMDA)、鄰苯二甲酸酐(PA)、3,3',4,4'-二苯醚四酸酐(OPDA)、聯苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、4,4'-對苯二氧雙鄰苯二甲酸酐(HQDA)、3,3',4,4'-二苯砜四羧酸二酐(DSDA)中的一種或幾種；二元胺可以是：4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、對苯二胺(PPD)或者其混合物等；

所用溶劑是：N,N'-二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜或者二者混合物。

根據本發明的一個進一步的方面，其特征在于上述步驟B)凝固浴為水浴、水與乙醇的混合凝固浴或純乙醇凝固浴中的一種，其中水與乙醇混合凝固浴的水：乙醇質量比為1:0.1-9。

根據本發明的一個進一步的方面，其特征在于上述步驟C)得到的聚酰胺酸薄膜的清洗使用階梯濃度清洗法后再用去離子水清洗。

根據本發明的一個進一步的方面，其特征在于階梯濃度清洗是指聚酰胺酸在某一水與乙醇的混合凝固浴或純乙醇凝固浴中成膜后，將得到的聚酰亞胺薄膜逐一經過下一個水：乙醇質量比更大的凝固浴清洗。

根據本發明的一個進一步的方面，上述方法的特征在于上述步驟D)清洗后的聚酰亞胺薄膜在常溫常壓下干燥。

根據本發明的一個進一步的方面，其特征在于上述步驟E)薄膜亞胺化使用熱亞胺化方法，熱亞胺化方法為：在氬氣環境下，以每分鐘5℃的升溫速率升溫到300-400℃終溫，在終溫保溫1h，而后自然降溫到室溫。

根據本發明的一個進一步的方面，提供了用上述方法制備的高效隔熱聚酰亞胺薄膜。

具體實施方式

實施例1

由二酐單體均苯四甲酸酐(PMDA)和二胺單體4,4'-二氨基二苯醚(ODA)在極性溶劑N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)中經縮聚法合成質量分數為20％的PAA溶液。