[发明专利]一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法

说明书

一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜，通过缩合聚合合成含羧基功能基元的聚酰胺酸，然后通过静电纺丝法将其制成聚酰胺酸纳米纤维膜，后经不同温度预处理得到不同环化程度的聚酰胺酸纳米纤维膜，然后依次经氨水诱导、去离子水浸泡以及酸化处理，将羧基功能基元诱导至表面，最后再经高温热处理使纤维膜完全环化，得到表面含有羧酸基元的聚酰亚胺纳米纤维膜。本发明的制备方法，可使聚酰亚胺中的羧基功能基元大量处于聚酰亚胺纳米纤维表面，实现表面羧基功能化，实施过程简单，易于流程化，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维膜技术领域，涉及一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜。

背景技术

静电纺丝是一种可以连续制备聚合物纳米纤维的方法，通过该方法制备的纳米纤维膜具有比表面积高，孔隙率大，透气性好等优点。静电纺丝的主要过程是通过在纺丝液针头处施加一定的电压，使聚合物溶液形成泰勒锥，逐渐增加电压，破坏聚合物表面张力，最终形成稳定的射流，喷在接收基板上。近年来，随着纳米材料的广泛应用，人们对静电纺丝的研究不断深入使这种技术迅速发展，推动了该技术在各个领域中的应用。目前在能源应用，增强复合材料，过滤材料，电子传感器和生物组织工程方面发挥着十分重要的作用。

聚酰亚胺是一种新型高性能聚合物材料，聚酰亚胺分子结构可被设计并且存在着稳定的酰亚胺环结构，赋予了聚酰亚胺突出的热稳定性，化学稳定性和优异的机械性能。利用静电纺丝技术，制得的聚酰亚胺纳米纤维膜不仅仅具有极高的比表面积，而且还具有良好的化学稳定性和热稳定性能。近年来，开发新型表面功能化的聚酰亚胺纳米纤维成为当下研究的热点，通过分子结构设计选择带有特殊官能团的二酐和二胺单体，制备含有功能官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜成为常用方法。但是在高温环化过程中，大量活性官能团易排列在聚酰亚胺纳米纤维内部而并非在纤维表面，无法真正意义上实现聚酰亚胺纤维表面官能化。

本发明首先使用任意含有羧基官能团的多元酸酐和多元胺单体经溶液缩合聚合制得聚酰胺酸溶液，其中多元酸酐和多元胺单体中至少有一种单体含羧基基元，然后通过静电纺丝制得纳米纤维膜，适当热处理得到部分环化的聚酰胺酸纳米纤维膜，最后经过碱液诱导，再次环化，成功将羧酸基元诱导至聚酰亚胺纤维表面，提高了纤维表面羧酸基元含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜，通过对纤维膜进行氨水诱导成功使羧基排列在纤维表面，提高了纤维表面羧基功能基元数量，实现了表面官能化。同时，该纳米纤维膜仍然保持较高热稳定性和化学稳定性。

一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，纳米纤维的直径为50～700nm，纤维膜的厚度为5～100um，羧基占纤维膜整体含量的0.5～10重量％。

进一步地，纳米纤维的直径为50～600nm，纤维膜的厚度为15～80um，羧基含量占纤维膜整体含量的0.5～8重量％，

进一步地，所述表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜的拉伸强度为10-50MPa，纤维膜的孔隙率为50-95％。

其中，多元酸酐和多元胺单体中至少有一种单体含羧基功能基元；优选多元酸酐与含有羧基功能基元的多元胺；多元胺单体中，含羧基功能基元的多元胺的含量为2～40mol％。

一种表面具有羧基功能基元的聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

A：采用溶液缩聚法合成含羧基功能基元的聚酰胺酸溶液，通过静电纺丝，制备得到含羧基功能基元的聚酰胺酸纳米纤维膜；

B：将步骤A得到的聚酰胺酸纳米纤维膜进行热处理，得到部分环化的聚酰胺酸纳米纤维膜；

C：将步骤B得到的部分环化聚酰胺酸纳米纤维膜置于浓度为0.005～0.025wt％稀氨水溶液中处理6s～5min；

D：将经步骤C处理后的聚酰胺酸纳米纤维膜浸入去离子水中进行静置0.5～12h；