一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及聚酰亚胺材料技术领域，特别涉及一种耐高温的水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法。该方法，首先，优化单体选择，选用1,4

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及聚酰亚胺材料
，特别涉及一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]聚酰亚胺（PI）材料具有出色的热稳定性与尺寸稳定性，兼具优良的力学性能及介电性能，被广泛应用于在航空航天、交通运输、微电子等高新
目前，常用的PI树脂含有芳环共轭结构，综合性能优异，但无法重复加工，其材料制品难以回收再利用，不仅造成资源浪费更将产生环境污染。
[0003]通过在PI分子结构中引入大体积的不对称基团、柔性基团及极性基团可以提升PI在N,N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）、N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N
‑
二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSO）、二氯甲烷（DCM）等常用有机溶剂中的溶解性，实现PI材料制品的循环再生。然而，PI再生过程中大量的有机溶剂使用伴随着安全与环境污染隐患。
[0004]水溶性PI材料的再生过程以水为溶剂，可避免有机溶剂的污染问题，具有绿色环保的显著优势。因此，开发具有可水溶的、易再生的PI树脂对于节约资源、减少碳排放具有重要的积极意义。
[0005]目前，水溶性PI的链结构多含有脂肪族长链，在耐高温性能与力学性能方面存在一定的不足，尚无法有效满足在高温环境下的广泛应用需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中所指出的技术问题，提供了一种水溶性PI纳米杂化材料的制备方法。该制备方法的工艺过程简单易行，制得的PI纳米杂化材料可溶于水并重复成型，同时具有显著提升的耐高温性能与力学性能。
[0007]具体的，本专利技术采用以下技术方案进行：一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将0.1 mol的1,4
‑
环己二胺（DACH）加入100
‑
150 mL的NMP中，搅拌均匀，得到DACH/NMP溶液，再将0.05
‑
0.2 mol的乙二胺四乙酸二酐（EDTA）缓慢加入得到的DACH/NMP溶液中，在氮气氛围中采用冰浴反应24小时以上，制备得到PAA/NMP溶液；（2）将0.001
‑
0.01 mol的七苯基笼状聚倍半硅氧烷三硅醇（POSS）分散于10
‑
100 mL的NMP中，然后加入0.001
‑
0.05 mol的γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）偶联剂，在20
‑
30 ℃下反应2小时，离心洗净后冻干，得到氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子；（3）将氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子添加到PAA/NMP 溶液中搅拌混合均匀，然后将得到的混合溶液涂布在玻璃板上，先在70 ℃下处理30
‑
60 min以去除有机溶剂，再在150
ꢀ°
C下热亚胺化处理3小时，待完全冷却之后从玻璃板上剥去，得到水溶性PI纳米杂化材料，控制该水溶性PI纳米杂化材料的厚度为10
‑
50 μm。
[0008]优选的，步骤（1）中DACH和EDTA摩尔比为1:0.5
‑
2。
[0009]优选的，步骤（1）中NMP的添加量为PAA/NMP浓度为0.2
‑
0.4 g/mL。
[0010]优选的，步骤（2）中POSS和KH550的摩尔比为1:1
‑
5。
[0011]优选的，步骤（3）中氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子添加量为PAA质量的1
‑
25%。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的制备方法，不需要复杂设备，工艺过程简单易，并且所需要的原料价格低廉、行；本专利技术的制备方法制备得到水溶性PI纳米杂化材料，既解决了传统PI无法回收再利用的不足，又避免了回收过程中有机溶剂的大量使用所导致环境污染的发生；本专利技术选用脂肪环类的二胺单体，相比现有的水溶性PI选用的脂肪族长链二胺单体，制得的PI力学性能具有显著提升；在本专利技术中，通过引入改性KH550
‑
POSS纳米粒子（KH550
‑
POSS），实现KH550
‑
POSS在聚酰亚胺基体中的均匀分散，同时提升聚酰亚胺纳米杂化材料耐高温性能与力学性能；采用本专利技术制备的材料，可以应用于新型涂料、微电子、功能薄膜等领域，具有广泛的潜在市场。
附图说明
[0013]图1为氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子的扫描电子显微镜（SEM）照片。
[0014]图2为实施例1中水溶性KH550
‑
POSS/PI纳米杂化材料截面的SEM照片。
[0015]图3为实施例2中水溶性KH550
‑
POSS/PI纳米杂化材料截面的SEM照片。
[0016]图4为实施例3中水溶性KH550
‑
POSS/PI纳米杂化材料截面的SEM照片。
[0017]图5为对比例1中水溶性PI材料截面的SEM照片。
[0018]图6为对比例2中水溶性POSS/PI纳米杂化材料截面的SEM照片。
具体实施方式
[0019]现在将进一步细化代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。
[0020]实施例1：一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，其制备方法包括：（1）将0.1 mol的DACH加入120 mL的NMP中，搅拌均匀，得到DACH/NMP溶液，再将0.1 mol的EDTA缓慢加入得到的DACH/NMP溶液中，在氮气氛围中采用冰浴反应24小时以上，制备得到PAA/NMP溶液；（2）将0.002 mol的POSS分散于20 mL的NMP中，然后加入0.006 mol的KH550，在25 ℃下反应2小时，离心洗净后冻干，得到氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子，其微观形貌如图1所示。
[0021]（3）将氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子添加到PAA/NMP 溶液中搅拌混合均匀，然后将得到的混合溶液涂布在玻璃板上，先在70 ℃下处理30 min以去除有机溶剂，再在150 ℃下热亚胺化处理3小时，待完全冷却之后从玻璃板上剥去，得到水溶性PI纳米杂化
材料，控制该水溶性PI纳米杂化材料的厚度为30 μm，其截面微观形貌如图2。
[0022]实施例2：一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，其制备方法包括：（1）将0.1 mol的DACH加入120 mL的NMP中，搅拌均匀，得到DACH/NMP溶液，再将0.1 m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将0.1 mol的1,4
‑
环己二胺（DACH）加入100
‑
150 mL的N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）中，搅拌均匀，得到DACH/NMP溶液，再将0.05
‑
0.2 mol的乙二胺四乙酸二酐（EDTA）缓慢加入得到的DACH/NMP溶液中，在氮气氛围中采用冰浴反应24小时以上，制备得到PAA/NMP溶液；（2）将0.001
‑
0.01 mol的七苯基笼状聚倍半硅氧烷三硅醇（POSS）分散于10
‑
100 mL的NMP中，然后加入0.001
‑
0.05 mol的γ
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氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）偶联剂，在20
‑
30 ℃下反应2小时，离心洗净后冻干，得到氨基封端改性的KH550
‑
POSS纳米粒子；（3）将氨基封端改性的KH550
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【专利技术属性】
技术研发人员：钱晨，黄博翔，傅雅琴，
申请(专利权)人：浙江理工大学桐乡研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：