一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法

本发明涉及聚酰亚胺材料，特别涉及一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法。

背景技术：

1、聚酰亚胺（pi）材料具有出色的热稳定性与尺寸稳定性，兼具优良的力学性能及介电性能，被广泛应用于在航空航天、交通运输、微电子等高新技术领域。目前，常用的pi树脂含有芳环共轭结构，综合性能优异，但无法重复加工，其材料制品难以回收再利用，不仅造成资源浪费更将产生环境污染。

2、通过在pi分子结构中引入大体积的不对称基团、柔性基团及极性基团可以提升pi在n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、n-甲基吡咯烷酮（nmp）、n,n-二甲基乙酰胺（dmac）、二甲基亚砜（dmso）、二氯甲烷（dcm）等常用有机溶剂中的溶解性，实现pi材料制品的循环再生。然而，pi再生过程中大量的有机溶剂使用伴随着安全与环境污染隐患。

3、水溶性pi材料的再生过程以水为溶剂，可避免有机溶剂的污染问题，具有绿色环保的显著优势。因此，开发具有可水溶的、易再生的pi树脂对于节约资源、减少碳排放具有重要的积极意义。

4、目前，水溶性pi的链结构多含有脂肪族长链，在耐高温性能与力学性能方面存在一定的不足，尚无法有效满足在高温环境下的广泛应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述背景技术中所指出的技术问题，提供了一种水溶性pi纳米杂化材料的制备方法。该制备方法的工艺过程简单易行，制得的pi纳米杂化材料可溶于水并重复成型，同时具有显著提升的耐高温性能与力学性能。

2、具体的，本发明采用以下技术方案进行：

3、一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将0.1 mol的1,4-环己二胺（dach）加入100-150 ml的nmp中，搅拌均匀，得到dach/nmp溶液，再将0.05-0.2 mol的乙二胺四乙酸二酐（edta）缓慢加入得到的dach/nmp溶液中，在氮气氛围中采用冰浴反应24小时以上，制备得到paa/nmp溶液；

5、（2）将0.001-0.01 mol的七苯基笼状聚倍半硅氧烷三硅醇（poss）分散于10-100ml的nmp中，然后加入0.001-0.05 mol的γ-氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）偶联剂，在20-30℃下反应2小时，离心洗净后冻干，得到氨基封端改性的kh550-poss纳米粒子；

6、（3）将氨基封端改性的kh550-poss纳米粒子添加到paa/nmp 溶液中搅拌混合均匀，然后将得到的混合溶液涂布在玻璃板上，先在70 ℃下处理30-60 min以去除有机溶剂，再在150 °c下热亚胺化处理3小时，待完全冷却之后从玻璃板上剥去，得到水溶性pi纳米杂化材料，控制该水溶性pi纳米杂化材料的厚度为10-50 μm。

7、优选的，步骤（1）中dach和edta摩尔比为1:0.5-2。

8、优选的，步骤（1）中nmp的添加量为paa/nmp浓度为0.2-0.4 g/ml。

9、优选的，步骤（2）中poss和kh550的摩尔比为1:1-5。

10、优选的，步骤（3）中氨基封端改性的kh550-poss纳米粒子添加量为paa质量的1-25%。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、本发明所提供的制备方法，不需要复杂设备，工艺过程简单易，并且所需要的原料价格低廉、行；

13、本发明的制备方法制备得到水溶性pi纳米杂化材料，既解决了传统pi无法回收再利用的不足，又避免了回收过程中有机溶剂的大量使用所导致环境污染的发生；

14、本发明选用脂肪环类的二胺单体，相比现有的水溶性pi选用的脂肪族长链二胺单体，制得的pi力学性能具有显著提升；

15、在本发明中，通过引入改性kh550-poss纳米粒子（kh550-poss），实现kh550-poss在聚酰亚胺基体中的均匀分散，同时提升聚酰亚胺纳米杂化材料耐高温性能与力学性能；

16、采用本发明制备的材料，可以应用于新型涂料、微电子、功能薄膜等领域，具有广泛的潜在市场。

技术特征：

1.一种水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中dach和edta摩尔比为1:0.5-2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中nmp的添加量为paa/nmp浓度为0.2-0.4 g/ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中poss和kh550的摩尔比为1:1-5。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中氨基封端改性的kh550-poss纳米粒子添加量为paa质量的1-25%。

技术总结
本发明涉及聚酰亚胺材料技术领域，特别涉及一种耐高温的水溶性聚酰亚胺纳米杂化材料的制备方法。该方法，首先，优化单体选择，选用1,4‑环己二胺（DACH）及乙二胺四乙酸二酐（EDTA）为聚酰亚胺单体，制备PAA/NMP溶液；其次，以γ‑氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）偶联剂改性七苯基笼状笼型聚倍半硅氧烷三硅醇（POSS），制备氨基改性的KH550‑POSS纳米粒子；最后，将氨基改性的KH550‑POSS纳米粒子与PAA/NMP溶液混合均匀并经酰亚胺化处理，制备得到水溶性的聚酰亚胺（PI）纳米杂化材料。该方法工艺过程简单易行，制得的聚酰亚胺杂化材料可水溶重复成型，并具有显著提升的耐高温性能与力学性能。

技术研发人员：钱晨,黄博翔,傅雅琴
受保护的技术使用者：浙江理工大学桐乡研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13