[发明专利]一种含苯并咪唑和苯侧基的高强度聚酰亚胺多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺多孔膜及其制备技术领域，具体涉及一种高压静电纺丝工艺制备的含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜及其在材料领域中的应用。

背景技术

随着纳米材料技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点。制备纳米纤维的方法有拉伸、模板聚合、相分离、自组织和静电纺丝等，其中静电纺丝工艺是最普遍的一种制备连续的超细纤维及无纺布的重要方法。采用静电纺丝法制备得到的无纺布膜材料具有密度小、比表面积大、孔隙率高、孔隙均匀等特点，因此该类膜材料具有良好的过滤性、阻隔性和保温性。利用纳米纤维的这些特性可用它制作低介电材料、隔膜材料、吸附材料、过滤材料、复合增强材料、轻薄保温材料、防护材料等，应用于电子产品的线路板、电容器及电池的隔膜、亚微米微粒的过滤及多功能防护方面。

目前可采用静电纺丝工艺的高分子材料有聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚己内酯、聚氨酯等。其中聚酰亚胺具有非常优异的耐高温性、尺寸稳定性、耐化学性、机械性能和电性能等成为这一领域的热点研究对象。如聚酰亚胺纤维作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物，以及聚酰亚胺多孔材料作为电子产品的隔膜材料、气体的分离膜、渗透蒸发膜、超滤膜及生物领域的催化载体等成为研究热点。美国杜邦公司通过聚酰亚胺和纤维制备的分离膜提高了电池的安全性能，使电池的容量提高了15～30%，寿命延长了20%，并减少了电池数量，该纤维隔膜的出现推进了锂离子电池向高性能、高安全向发展。韩国ChanKim等通过电纺聚酰胺酸，制备了用于双层电容器电极的聚酰亚胺非织造布，使电容器在高电流密度下的电容可达175F/g。

采用静电纺丝工艺制备聚酰亚胺多孔膜，除了存在着该技术从实验室走向工业化存在的效率低的问题，还存在着由于该技术所带来的多孔膜由于纤维间相互作用力小使得多孔膜的力学性能较差，很难在实际中得到应用的问题。目前有研究学者通过外加磁场、电场或特殊的机械装置发生高度取向，制备得到高力学性能的孔膜，但是这种多孔膜尺寸很小。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜，所提供的聚酰亚胺多孔膜较采用静电纺丝工艺制备的其它结构无取向的聚酰亚胺多孔膜具有更高的力学性能、耐热性能及尺寸稳定性能，更适宜应用于电子产品隔膜、空气净化、污水处理、催化载体、防护材料等领域。

本发明采用的技术方案是，提供一种含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜，所述聚酰亚胺（PI）多孔膜是具有如式I的结构的聚合物，

式中，n:m=4:6，聚合物的分子量为5～15万。

优选地，所述聚酰亚胺多孔膜的玻璃转化温度295℃。

优选地，所述聚酰亚胺多孔膜的纤维间有粘结点。

优选地，所述聚酰亚胺多孔膜的孔隙率为40～85%，所述聚酰亚胺多孔膜的拉伸强度为65-75MPa。

优选地，所述聚酰亚胺多孔膜在210℃保持1小时后尺寸收缩率小于0.2%。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供制备上述含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜的方法，该方法包括如下步骤：

（1）将聚酰胺酸溶液通过静电纺丝得到聚酰胺酸多孔膜；

（2）将聚酰胺酸多孔膜热亚胺化得到亚胺化的聚酰亚胺多孔膜；

将亚胺化的聚酰亚胺多孔膜经压延处理得到含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜；

或者将静电纺丝得到的聚酰胺酸多孔膜进行压延，将压延后的聚酰胺酸多孔膜热亚胺化得到含苯并咪唑和苯侧基的聚酰亚胺多孔膜。

优选地，所述亚胺化的聚酰亚胺多孔膜在305～315℃，压力为2～20MPa下压延5～10min，或

所述静电纺丝得到的聚酰胺酸多孔膜在压力1～5MPa下压延1～5min。

优选地，所述用于静电纺丝的聚酰胺酸溶液由等摩尔二胺与二酐在极性溶剂中聚合得到或对前述聚合得到的聚酰胺酸溶液用与聚酰胺酸相溶的丙酮、二氯甲烷或四氢呋喃等溶剂进行稀释，所述用于静电纺丝的聚酰胺酸溶液粘度为1.2～10Pa·s，优选1.5～2Pa·s，所述高压电场为45kV/m～100kV/m。

优选地，所述热亚胺化是在真空或惰性气体条件下梯度升温，从室温升温，升温速率范围为5～20℃/min，在150～250℃保持5～30min，在300～350℃保持5～30min。