一种多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜及其制备方法，利用静电喷覆设备将聚酰胺酸溶液喷覆在聚酰胺酸纤维膜或者聚酰亚胺纤维膜表面上，随后进行热亚胺化。喷覆的聚酰胺酸溶液经热亚胺化后形成的聚酰亚胺成为纤维之间以及纤维层间的粘结点，使纤维膜的表层纤维间存在微交联和自粘接作用，力学性能得到显著的提高，通过调节喷覆速率和喷覆时间可以实现对多孔层分布及孔径尺寸的控制，最终制得多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜。本发明专利技术的方法过程操作简单，喷覆效率高，易于流程化，具有很好的应用前景。

A polyimide fiber membrane coated with porous layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及聚酰亚胺纤维膜
，具体涉及一种多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物材料，其综合性能十分优异，聚酰亚胺分子骨架结构决定了聚酰亚胺材料的耐热性以及耐化学性，其具有刚性的芳香结构使聚酰亚胺具有非常高的玻璃化转变温度，此外，芳香性结构和聚酰亚胺的缺电子特性使得材料具有良好的氧化稳定性。总体来说，聚酰亚胺材料具有优异的耐高低温性、优异的电性能、优异的机械性能、较低的热膨胀系数、以及稳定的耐化学药品性能。聚酰亚胺作为一种高性能材料，应用十分广泛。如薄膜、涂料、先进复合材料、纤维、泡沫塑料、工程塑料、胶黏剂、分离膜、光刻胶、微电子、液晶显示领域、电-光材料、质子传输膜以及生物相容性材料。静电纺丝技术研究近几年引起了人们的重大关注，人们开始了对静电纺丝技术及应用领域进行深入研究，静电纺丝制备的纳米纤维拥有较大的比表面积使其表面具有很高的可修饰性，同时由于其较大的孔隙率使得纳米纤维已成为近年来研究的热点。其应用也在不断拓展,已涵盖了电化学、电池、组织工程、医疗器械等领域。通过静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜结合了纤维膜较大的比表面积和孔隙率，以及聚酰亚胺耐高温和化学稳定的特点，使其成为当今备受关注的材料之一。但是，目前通过静电纺丝技术制备的聚酰亚胺纤维膜为无纺布结构，该纤维膜的结构比较松散，是由直径为纳米或者亚微米尺寸的超细纤维层层堆积而成，构成纤维膜的每根纤维之间并没有相互作用力，纤维与纤维的排列也是无规则的，虽然拥有较高的比表面积和孔隙率，但同时也使得其纤维膜拥有较差的力学性能，这也是通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜的缺点，也正是由于这一缺点，使得聚酰亚胺优异的力学性能不能得以体现，因此，大大的限制了其进一步发展，在解决纳米纤维膜力学性能的问题上，也有人对其进行了相关的研究。CN102766270A公开了一种具有交联结构聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，该方法利用碱性溶液处理聚酰胺酸纤维膜，然后经梯度升温热亚胺化，制备出了具有交联形貌的聚酰亚胺纤维膜，但是该方法在用碱性溶液处理聚酰胺酸纤维膜时，可能容易破坏纤维结构，在形成交联结构的同时，也可能破坏聚合物的结构，反而会影响纤维膜的力学性能。CN103343423B公开了一种具有交联结构的聚醚酰亚胺纤维膜的制备方法，该方法利用商品化的聚醚酰亚胺，依靠其可溶性，对其进行溶解并进行静电纺丝制备纤维膜，对其进行热处理，使纤维膜之间发生微交联，由于可溶性聚酰亚胺种类少，因此种类单一，适用范围受到一定程度的限制。CN104630990A公开了一种具有交联形貌的聚酰亚胺纤维膜制备方法，该方法通过对聚酰胺酸纤维膜进行程序控温的热处理，使聚酰胺酸发生热亚胺环化反应形成聚酰亚胺，同时，依靠柔性的聚酰亚胺在高温下可微熔融的特点，通过控制热处理程序，使纤维膜中的纤维发生微熔融，并在相邻纤维间形成熔接点，从而制备出具有交联形貌的聚酰亚胺纤维膜。该方法得到的纤维膜为单孔层，相邻纤维的交联程度有限，其力学性能受到限制。因此，现在需要一种简单易实施的方法来增大聚酰亚胺纤维膜的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的聚酰亚胺纤维膜为单孔层，且纤维之间没有相互作用力，力学性能受到限制的问题，提供一种多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜及其制备方法，该聚酰亚胺纤维膜具有多孔层包覆结构，力学性能优异，且制备方法工艺过程简单，应用前景良好。本专利技术的专利技术人在研究中意外发现，在聚酰胺酸纤维膜或聚酰亚胺纤维膜表面静电喷覆同类聚合物稀溶液，其结构和极性相似，在后期热亚胺化的时候膨胀系数也一致，且对聚酰胺酸纤维膜具有微溶作用，静电喷覆的稀溶液在热亚胺化后形成的聚酰亚胺成为纤维之间以及纤维层之间的粘结点，因此静电喷覆后使横向纤维之间和纵向纤维层之间形成了微交联和自粘接点，有效降低了纤维膜的疏松程度，显著提高了力学性能。因此，为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种制备多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜的方法，该方法包括：(1)将聚酰胺酸溶液在聚酰胺酸纤维膜或聚酰亚胺纤维膜一侧表面上进行静电喷覆，静电喷覆完成后，静置；(2)将步骤(1)中静置得到的材料在程序升温条件下进行热亚胺化，制得多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜。本专利技术第二方面提供了一种本专利技术的方法制得的多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜。通过上述技术方案，所获得的聚酰亚胺纤维膜具有多孔层包覆结构，力学性能优异。此外，采用本专利技术提供的方法制备多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜，其包覆的多孔层范围和孔径尺寸可以通过改变工艺条件实现可控，例如，调节静电喷覆速率或者静电喷覆时间。再者，本方法操作过程简单，条件易满足，步骤简单可重复性强，适合的聚酰亚胺种类较多，在整个工艺过程中对纳米纤维膜基体无损伤，可适用于工业化生产。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1是PMDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆1.5min处理，并加热至300℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图2是6FDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆3min处理，并加热至300℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图3是BPDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆6min处理，并加热至310℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图4是BTDA/DDS体系聚酰亚胺纤维膜经过静电喷覆2min处理，并加热至320℃保温120min再次热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为300倍；图5是PMDA/BPDA/ODA体系聚酰亚胺纤维膜经过静电喷覆4min处理，并加热至320℃保温120min再次热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为300倍；图6是PMDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆1min处理，并加热至300℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图7是PMDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜直接加热至300℃并保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图8是BPDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆8min处理，并加热至310℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜的SEM形貌图，图中放大倍数为1500倍；图9是BPDA/ODA体系聚酰胺酸纤维膜经过静电喷覆处理后，并加热至310℃保温120min热亚胺化得到的聚酰亚胺纤维膜，静电喷覆时间分别为0min、1.5min、3min、6min下的聚酰亚胺纤维膜的拉伸强度图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜的方法，其特征在于，该方法包括：/n(1)将聚酰胺酸溶液在聚酰胺酸纤维膜或聚酰亚胺纤维膜一侧表面上进行静电喷覆，静电喷覆完成后，静置；/n(2)将步骤(1)中静置得到的材料在程序升温条件下进行热亚胺化，制得多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将聚酰胺酸溶液在聚酰胺酸纤维膜或聚酰亚胺纤维膜一侧表面上进行静电喷覆，静电喷覆完成后，静置；
(2)将步骤(1)中静置得到的材料在程序升温条件下进行热亚胺化，制得多孔层包覆的聚酰亚胺纤维膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：在实施步骤(2)之前，对聚酰胺酸纤维膜或聚酰亚胺纤维膜的另一侧重复步骤(1)进行静电喷覆和静置。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，静电喷覆的条件包括：静电喷覆速率为0.01-0.05mL/min，静电喷覆时间为0.5-6min；优选，静电喷覆时间为1.5-6min。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中所述聚酰胺酸溶液的固含量为0.1-5重量％，优选为1.3-3重量％。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚酰胺酸纤维膜由聚酰胺酸溶液经静电纺丝技术制得；所述聚酰亚胺纤维膜通过聚酰胺酸溶液经静电纺丝、继而进行亚胺化而获得，所述亚胺化为在程序升温条件下进行的热亚胺化。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：武德珍，孙国华，齐胜利，董国庆，田国峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11