[发明专利]磺化聚酰亚胺金属复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磺化聚酰亚胺金属复合材料制备方法. 

背景技术

离子聚合物金属复合材料(Ionic polymer metal composite，IPMC)，是一类典型的电活性聚合物，其具有特殊的电性能和机械性能。它在较低的电压激励下，可产生较大的位移形变。与传统机器运动部件相比，这类材料具有低密度、有弹性、容忍破坏、较大的应变等与生物肌肉相似的特性。因此，利用IPMC的这些特点可制作出具有高度的可操纵性、无噪音、动作灵活、可类似模仿人体手臂动作的仿真肌肉。此外，IPMC材料与某些人体环境相容性好，适用于人体软组织，能用来制作某些生物医学材料，其还可应用于致动器、传感器等方面。目前，IPMC用的高分子基体膜材料几乎均为Nafion、Flemion、Aciplex等系列的全氟碳链离子聚合物，而非氟离子聚合物用于制造IPMC的报道几乎没有。由于现有IPMC的全氟碳链离子聚合物价格昂贵，而且以它们为基体的IPMC膜材料表现出驱动力偏低，直流刺激产生永久形变等缺点，这直接限制了IPMC膜材料的发展，因此迫切需要寻找廉价的、高性能的可替代的基体材料。(M.Shahinpoor，Electrochimica Acta 2003，48，2343；M.Shahinpoor，and K.-J.Kim，Smart Mater.Struct.2004，13，1362-1388) 

发明内容

本发明的目的是提供磺化聚酰亚胺金属复合材料制备方法。其内容包括磺化聚酰亚胺基体材料的制备及其表面电镀两个部分。 

1.磺化聚酰亚胺基体材料的制备 

化学反应路线如下： 

式中，X的范围是0.2-0.8； 

所述的二酐是以下结构式的二酐任意一种： 

1，4，5，8-四酸萘二酐    4，4’-联萘-1，1’，8，8’-四酸二酐； 

所述的磺化二胺为以下结构式的磺化二胺任意一种： 

4，4’-二氨基二苯醚-2，2’-二磺酸   4，4’-二氨基-1”，3”-二苯氧基联苯-3”，3”’-二磺酸 

4，4’-二氨基二苯甲烷-2，2’-二磺酸    4，4’-二氨基-1”，4”-二苯氧基苯-2”-磺酸； 

所述的二胺为以下结构式的二胺的任意一种： 

4，4’-二氨基-1”，3”-二苯氧基联苯    4，4’-二氨基二苯甲烷 

4，4’-二氨基二苯醚    4，4’-二氨基联苯    4，4’-二氨基-2，2’-双三氟甲基联苯 

                                                                           ； 

制备步骤如下：将二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺加入到氮气保护的间甲酚中，升温到80℃搅拌反应5h，再升到180℃反应8h，反应冷却后沉入丙酮中，洗涤后干燥，得到磺化聚酰亚胺物料；将得到的磺化聚酰亚胺物料重新溶解于N，N-二甲基乙酰胺中铺膜，在60℃干燥1-2天，接着在乙醇中洗涤，除去溶剂，放入1mol/l的硫酸当中10天进行离子交换，去除掉三乙胺，取出放入去离子水中浸泡3天，除掉膜中过量的硫酸，得到宗黄色聚酰亚胺基体材料；所述的二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺的摩尔比为1∶x∶1-x∶1.3∶1∶2.2x，其中，x为0.2-0.8； 

得到宗黄色聚酰亚胺基体材料的厚度为100-200μm； 

2.化学沉积法制备磺化聚酰亚胺金属复合材料 

将磺化聚酰亚胺基体材料两侧用砂纸打磨后在水中超声清洗，进行预处理；在室温下，将预处理过的该基体材料放入2mg/ml的四氯二胺合铂溶液中浸泡12h，用去离子水清洗之后，将其放入水中，加入5wt％NaBH₄溶液中室温下还原2h，完成一次镀铂过程；再重复镀铂过程一次；在室温下，所得到的材料浸入硝酸银溶液中放置12h后用水清洗，接着放到水中并加入5wt％NaBH₄溶液，在室温下还原30分钟，用去离子水清洗，完成镀银过程；重复镀银一次；得到磺化聚酰亚胺金属复合材料。 

所得到的磺化聚酰亚胺金属复合材料的电镀层的厚度为10-20μm，其表面电阻为1-1.483Ω/cm²。