[发明专利]一种多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜，其特征在于该纳米复合薄膜包括聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜，

其中，聚酰亚胺为热塑性聚酰亚胺，其结构式为A为以下结构单元：

中的至少一种；

B为以下结构单元：

的至少一种；

无机纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、炭黑、蒙脱土、碳化硅、钛酸钡、石墨烯、碳酸钙、氧化锌、滑石粉、三氧化二铁、三氧化二铝或层状硅酸盐中的任一种；无机粒子的粒径为10～800nm；无机纳米粒子也是多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜的成核剂。

2.按照权利要求1所述多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜的制备

采用溶胶-凝胶法、原位聚合法、溶液直接掺杂法和插层复合法，其中优选溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺纳米复合薄膜。其中无机纳米粒子的质量分数为聚酰亚胺基体的1%～40％，尽量使无机纳米粒子在聚酰亚胺中分散均匀，避免发生团聚；

2）聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜的成孔

（1）浸渍过程

将上述制备的聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜放入高压釜中，在惰性气体下，于温度30～150℃，压力为5～60MPa，保温保压0.5～12h，使气体溶解到聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜中；

（2）成核过程

将上述聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜在高压釜中迅速泄压至常压，泄压时间为0.5～10秒，由于热力学不稳定作用的推动，使聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜中形成许多泡核；

（3）微孔的形成过程

将上述形成许多泡核的聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜放入油浴中加热发泡，油浴温度为150～330℃，发泡时间为1～60秒，然后冷却定型，得到多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜；

得到多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜分为三层：致密的外层、中间过渡层和微孔内层，厚度为0.01～5毫米，复合薄膜内层闭孔结构微孔分布均匀，微孔内部包含一个纳米粒子，微孔孔径为80～1000纳米，微孔内部的纳米粒子的粒径小于微孔的孔径，由于制备工艺参数的不同，上述微孔孔壁是密实结构，或者孔壁上存在分布均匀更小的孔，孔径为0.1～60纳米。

3.按照权利要求2所述多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于惰性气体为二氧化碳、氮气或氩气中的任一种。

4.按照权利要求2所述多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺/无机纳米粒子复合薄膜为；

方法（1）：在浓度为5～30wt%聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸有机溶液中，按照聚酰胺酸与无机物前驱体的质量比为100∶1～40的比例加入无机物前驱体，充分混合均匀,按常规方法制成薄膜，然后热亚胺化制得聚酰亚胺纳米复合薄膜；或

方法（2）：在浓度为1～30wt%聚酰胺酸有机溶液中加入固含量为5～40wt%无机物溶胶，要求聚酰胺酸与无机物溶胶中无机物质量之比为100∶1～40，再将混合溶液按常规方法制成膜，然后通过加热亚胺化制得聚酰亚胺纳米复合薄膜；

其中，无机物的溶胶溶液为二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铁、钛酸钡溶胶溶液中至少一种；制备聚酰胺酸有机溶液中的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃与甲醇的混合溶剂中的任一种。

5.按照权利要求2所述多孔聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于无机物前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、异丙醇铝、二甲基乙氧基硅烷、乙烯基硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷、硝酸铁、氯化铁、钛酸丁酯中的任一种。