聚酰亞胺改性的研究進展

王 淼，徐立環(huán)

(沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110000)

引 言

聚酰亞胺由于具有亞胺環(huán)和分子間締合力大的特點，因此具有良好的耐高溫，耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用航空、航天、微電子以及汽車等高新技術(shù)領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的聚酰亞胺已經(jīng)不滿足當(dāng)前的需求，本文從聚酰亞胺合成，改性方法以及材料三個方面進行開展。

1 聚酰亞胺的介紹與合成

1.1 聚酰亞胺的介紹

聚酰亞胺(PI)的主鏈上含有酰亞胺官能團，是一種高分子聚合物。一般可分成脂肪族二酸聚酰亞胺、全芳香聚酰亞胺、含氟聚酰亞胺三類。聚酰亞胺由于主鏈官能團的差異，可以分成脂肪族聚酰亞胺和芳香族聚酰亞胺，由于脂肪族的性能比較差，我們一般指芳香族聚酰亞胺。因其具有共軛羰基結(jié)構(gòu)，進而具備各種優(yōu)良的性能。聚酰亞胺由于具有較強的耐高溫，熱穩(wěn)定性強具有阻燃性的特點被廣泛應(yīng)用航天飛行器。

1.2 聚酰亞胺的合成

一步法是二胺和二酐在高沸點的溶劑中直接加熱到200 ℃左右，直接脫水閉環(huán)形成聚酰亞胺。二步法是二胺和二酐在低溫下先生成聚酰胺酸，然后再加熱到一定溫度脫水環(huán)化生成聚酰亞胺，或者進行化學(xué)亞胺化選用脫水機和催化劑。跟一步法區(qū)別是二步法是會生成中間產(chǎn)物而不是一步生成的。三步法是先使用脫水機將聚酰胺酸轉(zhuǎn)化成聚異酰亞胺，再使用催化劑或者高溫使其發(fā)生異構(gòu)化來生成的聚酰亞胺。

2 聚酰亞胺的改性方法

2.1 原位聚合法

原位聚合法是反應(yīng)物單體和催化劑同時放入溶劑中。童等采用原位聚合法使聚酰亞胺和二硼化鈦成功復(fù)合并對其抗靜電性、熱穩(wěn)定性能等進行了測試。結(jié)果表明二硼化鈦很好地分散到薄膜中，復(fù)合膜亞胺化完全，熱性能得到提高；當(dāng)二硼化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，復(fù)合膜表面電阻率為1.84 Ω·cm×108 Ω·cm。添加量為5%時，復(fù)合薄膜綜合性能最佳[1]。

2.2 溶液共混法

溶液共混法是指制備出聚酰胺酸和聚酰亞胺溶液，然后加入納米顆粒，使其均勻分散再進行亞胺化生成符合材料。徐等人采用溶液共混法引入二胺單體來改善聚酰亞胺性能，結(jié)果表明一定比列的共混綜合摩擦磨損性能更加確實得到了顯著增強[2]。

2.3 離子交換法

離子交換法是一種利用交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換進行分離的方法。張等人采用離子交換法制備出聚酰亞胺與氧化鋁復(fù)合薄膜，經(jīng)過測試證明氧化鋁對聚酰亞胺起到保護作用，進而提高了薄膜的抗電暈降解的能力[3]。

2.4 靜電紡絲法

靜電紡絲法是聚合物溶液熔融狀態(tài)下在靜電場作用下進行噴射拉伸的一種方法。鞏等人用靜電紡絲法將二氧化鈦與聚酰亞胺復(fù)合再進行亞胺化得到聚酰亞胺和二氧化鈦的復(fù)合薄膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種新型薄膜具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熱收縮性能和導(dǎo)電性能增強。在電池循環(huán)穩(wěn)定性測試中發(fā)現(xiàn)在1庫侖條件下進行100次充放電循環(huán)后庫侖效率在25 ℃仍然能達到96.7%[4]。

3 聚酰亞胺的改性材料

3.1 碳納米材料

碳納米材料性能優(yōu)異的是石墨烯與碳納米管[5]，因此將其與聚酰亞胺復(fù)合性能一定會得到改善。李等將聚酰亞胺與石墨烯復(fù)合并對其性能進行測試，發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能，電學(xué)性能，熱穩(wěn)定性得到提高。于等[6]向聚酰亞胺中添加碳納米管并尋找最佳比列，最終得到加入0.2%時復(fù)合材料具有最佳的常溫力學(xué)性能。

3.2 含氧化合物

含氧化合物有二氧化硅，二氧化鈦都能改善聚酰亞胺骨架的剛性使其性能變得更加優(yōu)異。胡等選用二氧化硅與聚酰亞胺制得復(fù)合材料做為鋰電池隔膜發(fā)現(xiàn)離子電導(dǎo)率和電性能都明顯得到了優(yōu)化，電池的循環(huán)穩(wěn)定性能也得到提高，電池首次放電比容量為139．4 mAh/g，100次循環(huán)后容量保持率為94%[7]。楊將二氧化鈦與聚酰亞胺復(fù)合發(fā)現(xiàn)可以通過薄膜的粗糙度來提高光催化性能。

3.3 其他聚合物

聚多巴胺表面有豐富的極性官能團，如羥基和氨基，富含電子的官能團可以提供電子，孫采用原位聚合法將聚酰亞胺和聚苯胺成功復(fù)合，耐高溫能力有原來的435 ℃提高到518 ℃同時介電常數(shù)也得帶顯著增強[8]。

3.4 金屬離子

聚酰亞胺與金屬離子復(fù)合，其光學(xué)性能和磁性能都能得到改善[9]。張等采用聚酰亞胺與銀離子復(fù)合發(fā)現(xiàn)A ，取0.04 M AgNO3時復(fù)合材料的結(jié)晶性能良好，均為面心立方結(jié)構(gòu)顧萍等[10]將聚酰亞胺與鎳采用離子交換法成功制備出，對其進行測試發(fā)現(xiàn)抗腐蝕性能力得到顯著增強。孫采用原位聚合法將聚酰亞胺和聚苯胺成功復(fù)合，并進行FTIR、SEM、TG-DTG、介電常數(shù)等測試，發(fā)現(xiàn)并得到結(jié)論這種復(fù)合薄膜的拉伸強度跟原來相比提高很多，耐高溫能力有原來的435 ℃提高到518 ℃同時介電常數(shù)也得帶顯著增強。

4 結(jié)語

聚酰亞胺的是由單體二胺與二酐合成的，在亞胺化過程中我們可以選擇合適的材料去改變其骨架的剛性使其性能得到提高。聚酰亞胺在多種領(lǐng)域的作用越來越重要，因此目前的性能還需要得到改進。我們需要再改進方法和材料上進行深入研究，才能使聚酰亞胺的力學(xué)性能，光學(xué)性能和電化學(xué)性能全面得到顯著提高。