一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法。该复合薄膜由巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺通过巯基乙胺的氨基与所述聚酰亚胺的酸酐基之间的酰胺化反应复合而成，巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺的重量比例为0.065-0.327：100。该复合薄膜的制备方法包括巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液制备、酸酐基封端的聚酰亚胺的制备及纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的制备三个步骤。纳米金粒子与聚酰亚胺之间通过酰亚胺键的作用结合在一起，化学键的作用力远大于物理共混作用，有效的减少了纳米金粒子的团聚，保证纳米金良好的催化效率，同时也增强了作为基体材料的聚酰亚胺的机械性能、耐热性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着现代科学技术的飞速发展，人们对材料的种类和性能提出来更高的要求。纳米金作为纳米材料的一种，它除了具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应等一般纳米材料所具有的性质外，还具有良好的生物相容性、抗氧化性和催化性能。近年来，硝基苯酚和硝基苯酚类化合物对水体的污染引起了人们的广泛关注，我国将其列为水中需优先控制的污染之一。由于纳米金催化材料的优异催化性能，它日益成为催化还原硝基苯酚的一种高效、快速和环境友好的催化材料；合成高度分散、尺寸均一、稳定、易分离及可回收重复利用的纳米金催化材料是该领域的研究重点。聚酰亚胺(PI)具有很好的耐候性、耐酸碱、耐高温、耐辐射以及良好的机械性能。本实验将纳米金和聚酰亚胺通过化学键作用复合在一起，使得纳米金在基体材料中均匀的分散，很好地抑制了纳米金粒子的团聚，这样不仅可以增强聚酰亚胺的耐热性能，机械强度等，而且大大地扩展了纳米金在催化应用中的使用环境，很好提高了纳米金重复使用的效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，其可以很好的综合突出纳米金和聚酰亚胺两种材料的优势且协同增效作用明显，增强聚酰亚胺的耐热性和机械强度，使纳米金更好的分散，催化效率、重复使用能力、不同环境中的适用性等均有效加强。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本专利技术提供一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜，由巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺通过巯基乙胺的氨基与所述聚酰亚胺的酸酐基之间的酰胺化反应复合而成，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺的重量比例为0.065-0.327：100。具体的，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子的粒径为30-60nm。具体的，所述酸酐基封端的聚酰亚胺由4,4-二氨基二苯醚、双酚A型二醚二酐和4,4-联苯醚二酐按照2：1：1的摩尔比共聚、之后再加入摩尔数为所述4,4-联苯醚二酐0.1-0.2倍的双酚A型二醚二酐封端、最后进行化学亚胺化制成。本专利技术还提供一种制备上述纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的方法，包括如下步骤：S1.巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液制备：将适量NaBH4的乙醇溶液、氯金酸的乙醇溶液和巯基乙胺的乙醇溶液在常温下搅拌混合并充分反应，得巯基乙胺稳定的纳米金粒子的乙醇溶液，再加入适量NMP溶剂，充分搅拌后旋转蒸发掉乙醇，得到巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液,其中纳米金粒子的浓度为0.55-1.25g/L，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子的粒径为30-60nm；S2.酸酐基封端的聚酰亚胺的制备：配制4,4-二氨基二苯醚的NMP溶液，其中4,4-二氨基二苯醚浓度为0.15-0.25mol/L，在4,4-二氨基二苯醚的NMP溶液中加入摩尔数均为所述4,4-二氨基二苯醚0.5倍的双酚A型二醚二酐和4,4-联苯醚二酐固体粉末，室温且氮气保护下搅拌混合并充分反应，继续加入摩尔数为所述4,4-联苯醚二酐0.1-0.2倍的双酚A型二醚二酐进行酸酐基封端，得到酸酐基封端的聚酰胺酸溶液，加入适量乙酸酐和吡啶，所述乙酸酐及吡啶的摩尔数分别为所述4,4-联苯醚二酐9-11倍和5-7倍，室温下充分搅拌，加热充分反应进行化学亚胺化，得到黄色粘稠溶液，无水乙醇沉析，抽滤并充分干燥得到酸酐基封端的聚酰亚胺；S3.纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的制备：配制S2中制备的酸酐基封端的聚酰亚胺的NMP溶液，其浓度为75-100g/L，将S1中制备的巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液和酸酐基封端的聚酰亚胺的NMP溶液按照1-4：5的体积比混合，室温下充分搅拌，将得到的粘稠液体在玻璃板或硅胶板上流延成膜，之后在80、100、150、180、220、250和280℃的温度下各烘8、2、2、2、1、2/3和2/3小时，得到纳米金/聚酰亚胺复合薄膜。具体的，S1中NaBH4的乙醇溶液、氯金酸的乙醇溶液和巯基乙胺的乙醇溶液的浓度依次为2mol/L、0.13-0.17g/L、2mol/L。具体的，所述NaBH4的乙醇溶液、氯金酸的乙醇溶液和巯基乙胺的乙醇溶液按照1：1：600的体积比混合。具体的，所述氯金酸的乙醇溶液由氯金酸水溶液和无水乙醇按照1：600的体积比混合制得，所述氯金酸水溶液的浓度为80-100g/L。优选的，S2中加热充分反应进行化学亚胺化的过程为，在60、80和100℃的温度下分别各反应6、2和2小时。优选的，S2中乙酸酐和吡啶的摩尔比为2：1。优选的，S3中得到的纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的厚度为0.25-1mm。本专利技术与现有技术相比具有如下特点：1)目前大部分纳米金粒子与载体之间都是通过物理共混的方法而复合的，而此种方法往往由于共混物的小尺寸效应而较易发生团聚，不仅使纳米金的催化性能降低，并且使基体材料的原有性能也有所下降；而在本专利技术中，纳米金粒子与聚酰亚胺之间是通过酰亚胺键的作用而结合在一起的，化学键的作用力远远大于物理共混作用，纳米金粒子不易脱附，这样有效的减少了纳米金粒子的团聚，不仅保证了纳米金粒子在催化应用中的催化效率和循环使用次数，也使得作为基体材料的聚酰亚胺的机械性能、耐热性能等有所增强。2)聚酰亚胺具有很好的耐候性、耐酸碱、耐高温、耐辐射以及良好的机械性能，以其作为基体材料可以使纳米金粒子用于更多的催化环境，即其适用性增强。3)金纳米粒子通过化学键作用与基体材料聚酰亚胺复合，金纳粒子在该复合薄膜中分散均匀，该复合薄膜的电学性能可随着金纳米粒子含量的变化而得到调整，其极可能成为一种有潜在应用及研究价值的半导体或导体材料。附图说明图1为XRD图谱，其中b为本专利技术制备的纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的XRD曲线，a为未复合纳米金的聚酰亚胺薄膜的XRD曲线；图2为纳米金/聚酰亚胺复合薄膜(AuNPs/PI)和未复合纳米金的聚酰亚胺薄膜(PI)的热重分析曲线；图3为纳米金/聚酰亚胺复合薄膜催化2-硝基苯胺时监测到的紫外图谱；图4为以未复合纳米金的聚酰亚胺复合薄膜为对照催化2-硝基苯胺时监测到的紫外图谱；图5为纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的制备路线。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能一次限定本专利技术的保护范围。本专利技术中所使用的方法，如无特殊规定，均为常规方法，本专利技术所使用的试剂，如无特殊规定，均为市售产品。实施例1一种制备上述纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的方法，包括如下步骤：S1.巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液制备：将500uL氯金酸水溶液(93g/L)加入到300mL无水乙醇溶液，然后将1mmol的巯基乙胺溶解在500uL无水乙醇溶液中，加入到上述溶液中充分搅拌30min，1mmol的NaBH4溶解在500uL无水乙醇中并加入到混合溶液中，溶液颜色瞬间由黄色变为酒红色，恒速搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，由巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺通过巯基乙胺的氨基与聚酰亚胺的酸酐基之间的酰胺化反应复合而成，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺的重量比例为0.065‑0.327：100。

【技术特征摘要】
1.一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，由巯基乙胺稳定的纳
米金粒子和酸酐基封端的聚酰亚胺通过巯基乙胺的氨基与聚酰亚胺的酸酐
基之间的酰胺化反应复合而成，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子和酸酐基封
端的聚酰亚胺的重量比例为0.065-0.327：100。
2.根据权利要求1所述的一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，
所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子的粒径为30-60nm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米金/聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，
所述酸酐基封端的聚酰亚胺由4,4-二氨基二苯醚、双酚A型二醚二酐和4,4-
联苯醚二酐按照2：1：1的摩尔比共聚，之后再加入摩尔数为所述4,4-联苯
醚二酐0.1-0.2倍的双酚A型二醚二酐封端，最后进行化学亚胺化制成。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的纳米金/聚酰亚胺复合薄膜的制
备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液制备：将适量NaBH4的乙醇
溶液、氯金酸的乙醇溶液和巯基乙胺的乙醇溶液在常温下搅拌混合并充分反
应，得巯基乙胺稳定的纳米金粒子的乙醇溶液，再加入适量NMP溶剂，充分
搅拌后旋转蒸发掉乙醇，得到巯基乙胺稳定的纳米金粒子的NMP溶液,其中
纳米金粒子的浓度为0.55-1.25g/L，所述巯基乙胺稳定的纳米金粒子的粒径
为30-60nm；
S2.酸酐基封端的聚酰亚胺的制备：配制4,4-二氨基二苯醚的NMP溶液，
其中4,4-二氨基二苯醚浓度为0.15-0.25mol/L，在4,4-二氨基二苯醚的
NMP溶液中加入摩尔数均为所述4,4-二氨基二苯醚0.5倍的双酚A型二醚二
酐和4,4-联苯醚二酐固体粉末，室温且氮气保护下搅拌混合并充分反应，继
续加入摩尔数为所述4,4-联苯醚二酐0.1-0.2倍的双酚A型二醚二酐进行酸

\t酐基封端，得到酸酐基封端的聚酰胺酸溶液，加入适量乙酸酐和吡啶，所述
乙酸酐及吡啶的摩尔数分别为所述4,4-联苯醚二酐...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祖顺，张淑来，李庆，栗静，曾维国，廖光福，庞龙，张博晓，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42