专利名称：聚酰胺酸纤维至聚酰亚胺纤维的快速热转化的制作方法
技术领域：
本发明涉及将聚酰胺酸纤维、纳米纤维或纳米纤维网分别快速热转化成聚酰亚胺纤维、纳米纤维和纳米纤维网的方法。
背景技术：
聚酰亚胺(PI)是一类重要的高性能聚合物，并且用于广泛的应用范围，例如微电子、航空工业、分隔膜、电池隔膜。PI传统上由两步方法合成。首先，在非质子极性溶剂中由四羧酸二酐与有机二胺低温缩聚制备聚酰胺酸。然后将如此制得的聚酰胺酸热转化、化学转化或采用二者的组合转化成聚酰亚胺。根据如Bryant, R.G.在2006年“Polyimides,Encyclopedia of Polymer Science and Technology”中所述的聚酸胺酸至聚酸亚胺转化的机理，在转化早期阶段，由于聚合物较低的Tg和有助于闭环的溶剂的较高可得性，亚胺化反应速率较快。然而，随着转化率的增加，由于聚合物的Tg增加并且溶剂可得性降低，亚胺化反应速率降低。在纤维(高表面积)和流延膜中发现该两步速率效应，其中较厚的薄膜具有较高的亚胺化初始反应速率。此外，表面与体积比最高的干燥聚酰胺酸粉末亚胺化最慢。文献中公开的聚酰胺酸至聚酰亚胺的热转化时间长，花费20分钟至数小时。Huang 等人在“European Polymer Journal，，(42 (2006) 1099-1104)中公开了通过在100°C至450°C范围内的温度下真空加温退火共3小时以上，将静电纺纱BPDA-PDA聚酰胺酸亚胺化，来制备BPDA-PDA聚酰亚胺薄膜和静电纺纱纳米纤维薄板。Zhang 等人在“The2006InternationalConference on MEMS, NANO and SmartSystems”中公开了将PMDA-ODA PAA静电纺纱纤维转化成聚酰亚胺的一系列80°C至300°C下的连续热处理，共需要4小时30分钟时间。Jirsak 等人在 “Journal of Nanomaterials”(do1:10.1155/2010/842831)中公开了在60°C至300°C温度范围内一系列加温退火步骤共6小时后，将0DPA-0DA聚酰胺酸静电纺纱纤维薄层热亚胺化。PAA转化成PI的长亚胺化反应时间造成制造成本总体增加，这继而可影响利润率。因此，需要由聚酰胺酸纤维制备聚酰亚胺纤维的新方法，其使用较短时间将聚酰胺酸热转化成聚酰亚胺。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种方法，所述方法包括将聚酰胺酸纤维加热到第一温度至第二温度的范围内的温度并持续5秒至5分钟范围内的一段时间以形成聚酰亚胺纤维，其中所述第一温度为所述聚酰胺酸的酰亚胺化温度，而所述第二温度为所述聚酰亚胺的分解温度。
图1为示例性电吹设备的示意图。图2为示例性红外加热炉一部分的示意图。
具体实施例方式根据本发明，提供了一种方法，所述方法包括将聚酰胺酸(PAA)纤维在第一温度至第二温度的范围内的温度下加热5秒至5分钟范围内的一段时间以形成聚酰亚胺纤维，其中所述第一温度为所述聚酰胺酸的酰亚胺化温度，而所述第二温度为所述聚酰亚胺的分解温度。
如本文所用，术语“纤维”是指具有小于10微米，甚至小于3微米，并且甚至小于1500nm数均直径的纤维。此外，如本文所用，术语“纳米纤维”是指具有小于lOOOnm，甚至小于800nm,甚至介于50nm和500nm之间，并且甚至介于100和400nm之间的数均直径的纤维。就非圆形横截面的纳米纤维而言，如本文所用，术语“直径”是指最大的横截面尺寸。聚酰胺酸I可热转化、化学转化或采用二者的组合转化成聚酰亚胺II，如下文反应方案(I)中所示。根据R基团的特性，聚酰亚胺II可以是部分芳族或全芳族。本文所公开的PAAI纤维转化成PIII纤维的发明仅着重于热转化。然而，本文所公开的PAAI至PIII的热转化可与化学转化组合，以进一步缩短转化时间或优化工艺。
权利要求
1.方法，包括: 将聚酰胺酸纤维加热到第一温度至第二温度的范围内的温度并持续5秒至5分钟范围内的一段时间以形成聚酰亚胺纤维， 其中所述第一温度为所述聚酰胺酸的酰亚胺化温度，并且所述第二温度为所述聚酰亚胺的分解温度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在第一温度至第二温度的范围内的温度下加热所述聚酰胺酸纤维的步骤之前，在室温至所述第一温度的范围内的温度下预热所述聚酰胺酸纤维。
3.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述聚酰胺酸纤维至一定温度的步骤包括以600C /分钟至250°C /秒范围内的速率加热所述聚酰胺酸纤维。
4.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述聚酰胺酸纤维的步骤包括在红外加热炉中加热所述聚酰胺酸纤维。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺酸纤维包含全芳族聚酰胺酸纤维。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述全芳族聚酰胺酸纤维包含PMDA/ODA。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰亚胺纤维包含PMDA/ODA。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺酸纤维包含多种聚酰胺酸纳米纤维。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多种聚酰胺酸纳米纤维为聚酰胺酸纳米纤维网的形式。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在加热所述聚酰胺酸纤维至一定温度的步骤之前压延所述聚酰胺酸纳米纤维网。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺酸纤维具有10微米或更低的数均纤维直径。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺酸纤维具有1500nm或更低的数均纤维直径。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺酸纤维具有在IOOnm至IOOOnm范围内的数均纤维直径。
全文摘要
本发明提供了一种方法，所述方法包括将聚酰胺酸纤维加热到第一温度至第二温度的范围内的温度并持续5秒至5分钟范围内的一段时间以形成聚酰亚胺纤维，其中所述第一温度为所述聚酰胺酸的酰亚胺化温度，而所述第二温度为所述聚酰亚胺的分解温度。
文档编号D01F6/60GK103154335SQ201180047942
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月5日 优先权日2010年10月7日
发明者T.J.丹尼斯, L.克里什纳墨菲, G.E.西蒙斯, S.弗里斯克 申请人:纳幕尔杜邦公司