含氨基功能化氮化硼纳米材料的高热稳定性聚酰亚胺复合材料及其制备方法技术

本申请涉及一种包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料通过下述方法来制备：在氨基功能化氮化硼纳米材料存在的情况下，使二胺单体和二酐单体在非质子极性溶剂中聚合得到聚酰胺酸，然后使聚酰胺酸进行热亚胺化。与现有技术相比，本申请的有益效果在于仅使用少量的氨基功能化氮化硼纳米材料，即可同时显著改善聚酰亚胺复合材料的耐热性、尺寸稳定性和机械强度。

【技术实现步骤摘要】
含氨基功能化氮化硼纳米材料的高热稳定性聚酰亚胺复合材料及其制备方法
本申请涉及耐热聚酰亚胺材料
，具体来说，本申请涉及含氨基功能化氮化硼纳米材料的高热稳定性聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺具有耐高温、机械强度高、绝缘性能、化学稳定、尺寸稳定性好等特点，在航空航天、电气、微电子等行业得到广泛的应用。特别是在光电领域，例如在有机电致发光显示器(OLED)中，作为搭载薄膜晶体管等各种元件的支持基材，聚酰亚胺的优异性能受到广泛瞩目。在OLED显示中，低温多晶硅(LTPS)工艺以其最高的载流子迁移率、器件稳定性以及成熟的工艺特性而备受关注，但其处理温度高达400-500℃，目前的聚酰亚胺薄膜难以承受如此高的温度。氮化硼是一种常用的导热填料，与聚酰亚胺复合时可提高聚酰亚胺的导热性。例如，中国专利技术专利申请201510380884.2披露通过混酸处理六方氮化硼，使其表面携带氨基，然后使表面携带氨基的六方氮化硼参与芳香二酐单体和芳香二胺单体的聚合反应，可提高复合材料的导热性和耐热性。但在该文献中，由于应用目标是导热材料，导热填料必须具有一定的填充率，因此所用氮化硼的质量分数为总质量的10-30％，且未提及氮化硼改性对聚酰亚胺机械强度、热膨胀系数的影响。为此，本领域迫切需要开发一种能同时改善聚酰亚胺耐热性、热膨胀系数和机械强度，且低氮化硼用量的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
技术实现思路
本申请之目的在于提供一种含氨基功能化氮化硼纳米材料的高热稳定性聚酰亚胺复合材料，从而解决上述现有技术中的技术问题。具体来说，本申请首先制备羟基功能化的氮化硼纳米片，然后用含氨基的硅烷偶联剂对羟基功能化的氮化硼纳米片进行改性，得到氨基功能化氮化硼纳米片，然后将其复合到聚酰亚胺中。使用本文所述的氨基功能化氮化硼纳米片作为耐热填料，参与二胺单体和二酐单体的聚合反应，可得到耐热性、尺寸稳定性和机械强度优异的氮化硼纳米材料改性的聚酰亚胺复合材料。本申请还提供一种包含如上所述的氨基功能化纳米材料的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案：在第一方面中，本申请提供一种包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料通过下述方法来制备：在氨基功能化氮化硼纳米材料存在的情况下，使二胺单体和二酐单体在非质子极性溶剂中聚合得到聚酰胺酸，然后使聚酰胺酸进行热亚胺化。在第一方面的一种实施方式中，所述非质子极性溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。在另一种具体实施方式中，所述的非质子极性溶剂为超干N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)。在第一方面的另一种实施方式中，以所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料的总质量为基准计，所述氨基功能化氮化硼纳米材料的质量分数小于或等于2％。在第一方面的另一种实施方式中，所述二胺单体包括下述中的一种或几种：间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯甲酮、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PABZ)或者2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(i-PABZ)。在第一方面的另一种实施方式中，所述二酐单体包括下述中的一种或几种：3,4,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐，4,4’-(乙炔-1,2,-二基)二酞酸酐，均苯四甲酸二酐,3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐，3,2’,4,3’-联苯四羧酸二酐，2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐，或乙炔基双苯酐。在第一方面的另一种实施方式中，所述氨基功能化氮化硼纳米材料通过下述方法来制备：S1：制备羟基功能化氮化硼纳米材料使氮化硼纳米材料与碱金属氢氧化物在100-150℃的温度下于水性溶剂中反应12-24小时得到第一反应混合物，将第一反应混合物的pH调节至6.5-7.5且分离成第一固体和第一液体，干燥所述第一固体得到羟基功能化氮化硼纳米材料；S2：制备氨基功能化氮化硼纳米材料在惰性气氛中，使所述羟基功能化氮化硼纳米材料和含氨基的硅烷偶联剂在有机溶剂中于100-130℃下搅拌回流反应6-18小时，得到第二反应混合物，将所述第二反应混合物分离成第二固体和第二液体，干燥所述第二固体得到氨基功能化的氮化硼纳米材料。在第一方面的另一种实施方式中，在步骤S1中，所述碱金属氢氧化物包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。在第一方面的另一种实施方式中，在步骤S2中，所述含氨基的硅烷偶联剂包括氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基二甲氧基乙氧基硅烷、氨丙基甲氧基二乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨丙基二甲基甲氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基二甲基乙氧基硅烷、氨丙基乙基二甲氧基硅烷、氨丙基二乙基甲氧基硅烷、氨丙基乙基二乙氧基硅烷或氨丙基二乙基乙氧基硅烷。在第一方面的另一种实施方式中，所述氨基功能化氮化硼纳米材料包括氨基功能化氮化硼纳米片。与现有技术相比，本申请的有益效果在于仅使用少量的氨基功能化氮化硼纳米材料，即可同时显著改善聚酰亚胺复合材料的耐热性、尺寸稳定性和机械强度。附图说明图1显示根据实施例1的氮化硼纳米片的原子力显微镜表征结果。图2显示根据实施例1的氮化硼纳米片的红外图谱。图3显示根据实施例2和对比例1的薄膜的DMA曲线。图4显示根据实施例2和对比例1的薄膜的玻璃化转变温度曲线。图5显示根据实施例2和对比例1的薄膜的TGA曲线。图6显示根据实施例2和对比例1的薄膜的TMA曲线。图7显示根据实施例2和对比例1的薄膜的拉伸强度和断裂伸长率曲线。图8显示根据实施例2和对比例2的薄膜的玻璃化转变温度曲线。图9显示根据实施例2和对比例2的薄膜的拉伸强度和应变曲线。具体实施方式聚酰亚胺薄膜是耐高温等级最高的聚合物材料，但普通聚酰亚胺耐热性尚不能达到如此高的耐热性。因此，本申请提供一种能同时改善聚酰亚胺耐热性和机械强度且低氮化硼用量的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。二胺单体在本申请中，没有特别限定所用的二胺单体。在一种具体实施方式中，所述二胺单体优选地为芳香族二胺单体，例如可为醚胺、酮胺。所述二胺单体可包括苯并咪唑或苯并噻唑结构。在一种具体实施方式中，所述至少一种其它二胺单体为间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、、4,4’-二氨基二苯甲酮、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PABZ)或者2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(i-PABZ)中的一种或几种。二酐单体本申请中没有特别限所用的二酐单体，但在一种优选的实施方式中，所述二酐单体可包括3,4,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐，4,4’-(乙炔-1,2,-二基)二酞酸酐，均苯四甲酸二酐，3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐，3,2’,4,3’-联苯四羧酸二酐，2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐或乙炔基双苯酐(EPBA)。实施例下面将结合实施例，对本申请进行一步描述和说明。如无特别说明，所用化工原料均可从市场购买。在下述实施例中，对聚酰亚胺进行表征时，所用仪器型号如下：红外光谱分析(FT-IR)采用Perkin-Elmer1000型红外光谱仪，动态热机械分析(DMA)采用TAQ8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料通过下述方法来制备：在氨基功能化氮化硼纳米材料存在的情况下，使二胺单体和二酐单体在非质子极性溶剂中聚合得到聚酰胺酸，然后使聚酰胺酸进行热亚胺化。

【技术特征摘要】
1.一种包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料通过下述方法来制备：在氨基功能化氮化硼纳米材料存在的情况下，使二胺单体和二酐单体在非质子极性溶剂中聚合得到聚酰胺酸，然后使聚酰胺酸进行热亚胺化。2.如权利要求1所述的包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述非质子极性溶剂包括N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。在另一种具体实施方式中，所述的非质子极性溶剂为超干N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)。3.如权利要求1所述的包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，以所述包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料的总质量为基准计，所述氨基功能化氮化硼纳米材料的质量分数小于或等于2％。4.如权利要求1所述的包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述二胺单体包括下述中的一种或几种：间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯甲酮、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PABZ)或者2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(i-PABZ)。5.如权利要求1所述的包含氨基功能化氮化硼纳米材料的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述二酐单体包括下述中的一种或几种：3,4,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐，4,4’-(乙炔-1,2,-二基)二酞酸酐，均苯四甲酸二酐,3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐，3,2’,4,3’-联苯四羧酸二酐，2,2’,3,3’-联...

【专利技术属性】
技术研发人员：路庆华，欧湘慧，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31