一种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法技术

本发明专利技术一种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法，该方法包括以下步骤：将等摩尔的芳香二胺和二酐于反应器中，再按照加入7.5-10L溶剂/摩尔二酐的配比加入溶剂，20℃下机械搅拌3-5小时，制得聚酰胺酸溶液，然后沉淀成膜，再洗去溶剂，干燥后剪切研磨成聚酰胺酸粉末，加入3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐单体、芳香二胺单体，再加入混合粉末质量百分比数0.5%-3%的碳纳米管粉末，制备成聚酰胺酸/碳纳米管溶液，经热亚胺化得到聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料。本发明专利技术将聚酰胺酸由溶液中转变为固体，使碳纳米管均匀分散于聚酰胺酸中，再经热亚胺化制备成聚酰亚胺/碳纳米管复合材料，并达到良好的分散效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子纳米复合材料制备领域，具体为ー种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法。
技术介绍
做为耐热高分子材料中的ー员，聚酰亚胺(PI)有着良好的介电性能、优异的机械性能、较高的玻璃化转变温度和突出的耐热性，因而广泛应用于微电子和航空航天等领域。作为ー种新型的准一维功能材料，碳纳米管具有管径小、长径比大、低密度、超高的模量、强度等特点和性能。碳纳米管因其特性成为聚酰亚胺改性的首选ー维纳米材料，为进ー步提高聚酰亚胺的机械和热性能，聚酰亚胺纳米复合材料的制备成为研究热点。 然而，碳纳米管长径比大和具有很强的纳米效应，极易团聚和缠绕，在树脂中分散困难，制约了复合材料的发展。因此解决碳纳米管在聚酰亚胺中的分散是当前碳纳米管/聚酰亚胺复合材料研究中最核心的问题。聚酰亚胺米复合材料的常用制备方法有溶胶-凝胶法、原位聚合法及插层法，而聚酰亚胺/碳纳米管的制备方法多用原位聚合法，具体实施方有小分子或聚合物对碳纳米管的非共价化、碳纳米管的功能化、传统的机械方法(机械搅拌/或超声分散)等。在之前的研究中，朱小影等采用混酸氧化法对碳纳米管进行表面修饰，聚酰胺酸溶液与碳纳米管进行共混，并结合高速搅拌和超声分散手段来提高碳纳米管在聚酰亚胺中的分散性，然后热固化制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料(朱小影，张明艳，刁鹏鹤，王文佳，李晓东.聚酰亚胺/碳纳米管杂化薄膜电性能的研究，绝缘材料，2011，44(1)，47-49.);罗冬冬等利用了聚酰胺酸溶液与碳纳米管进行共混，利用超声分散法解除碳纳米管的团聚问题，然后热固化制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料(罗冬冬，马春龙，闭其达，曾小金，刘洋.超声分散法制备聚酰亚胺_碳纳米管复合材料，中南民族大学学报(自然科学版)，2009, 28(2)，27-30. ) ;Liangwei Qu等利用氨基封端的聚酰亚胺在超声的作用下与碳纳米管上基团反应，达到对碳纳米管进行功能化的作用，制备聚酰亚胺/碳纳米管复合材料(Liangwei Qu, Yi Lin, Darron E.Hill, Bing Zhou. Polyimide-Functionalizea Carbon Nanotubes: Synthesis andDispersion in Nanocomposite Films, Macromolecules, 2004， 37， 6055-6060. ノ ；Darron Hill等将聚酰亚胺引入羟基，与碳纳米管表面氧化的羧基发生酯化反应，从而达到固定碳纳米管的作用，来制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料(Darron Hill, Yi Lin,Liangwei Quj Alex Kitaygorodskiy, John W.しonneli， Lawrence F. Allard, andYa-Ping Sun. Functionalization of Carbon Nanotubes with Derivatized PolyimidejMacromolecules, 2005，38，7670-7675. )D上述的方法都是利用搅拌或超声振动的方法将碳纳米管分散于聚酰亚胺溶液或聚酰亚胺前驱体一聚酰胺酸溶液中，但是在有机溶剂中由于碳纳米管的缠结及团聚使碳纳米管很难达到均匀的分散，并且一般需要较长的时间的超声振动和搅拌，这样就需要提供较高的能量，还存在超声噪音。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的碳纳米管在聚酰亚胺中分散难以达到理想的效果、需要提供较高的能量，还存在超声噪音污染等不足，提供ー种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法。该方法在制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料吋，不用聚酰亚胺溶液或聚酰亚胺前躯体一聚酰胺酸溶液，而是首先将聚酰胺酸由液态溶液转变为固体，然后使碳纳米管混在固态聚酰胺酸粉末中，并利用固态高速搅拌进行共混，在高剪切作用カ时，碳纳米管之间的范德华カ及团聚、缠结被破坏，使碳纳米管均匀分散于粉末中，达到良好的分散效果。本专利技术的技术方案为 ー种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法，包括以下步骤 将等摩尔的芳香ニ胺和ニ酐于反应器中，再按照加入7. 5-10L溶剤/摩尔ニ酐的配比加入溶剤，20°C下机械搅拌3-5小时，制得聚酰胺酸溶液，反应完成后加等量的相同溶剂稀释；然后将稀释后的聚酰胺酸溶液倾入培养皿中，按照20-30L水/摩尔ニ酐的配比加入蒸馏水后聚酰胺酸沉淀成膜，再将膜用蒸馏水反复冲洗，以洗去溶剂，在100°C下通风干燥24小吋；把干燥后的膜放于研磨机中高速剪切研磨成聚酰胺酸粉末，用所得聚酰胺酸粉末和3，3’，4，4’ - ニ苯甲酮四甲酸ニ酐单体、芳香ニ胺单体，按比例摩尔比3，3’，4，4’ - ニ苯甲酮四甲酸ニ酐芳香ニ胺=I: I、聚酰胺酸粉末质量为3，3’，4，4’ - ニ苯甲酮四甲酸ニ酐与芳香ニ胺质量之和的50%混合得到混合粉末，再加入混合粉末质量百分比数O. 5%-3%的碳纳米管粉末，混合粉末在研磨机中高速剪切分散，然后加入按照IOL溶剤/摩尔ニ酐的配比加入溶剤，制备成聚酰胺酸/碳纳米管溶液，将溶液用平直的玻璃棒均匀涂在干净干燥的玻璃板上，100/150/200/250/300°C下各I小时热亚胺化，制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料。所述溶剂为N，N- ニ甲基こ酰胺或N-甲基吡咯烷酮； 所述的ニ酐为均苯四甲酸ニ酐(PMDA)、3，4，3’，4’ -联苯四羧ニ酐(s-BPDA)或3，3’，4，4’ - ニ苯甲醚四羧ニ酐(ODPA)； 所述的芳香ニ胺为4，4’ - ニ氨基ニ苯醚(4，4’ -ODA)或3，4’-ニ氨基ニ苯醚(3，4，-ODA)ο所述的碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。本专利技术与
技术介绍
相比的优点在于将聚酰胺酸(聚酰亚胺前驱体)由溶液中转变为固体，然后使碳纳米管混在固态聚酰胺酸粉末中，并利用固态高速搅拌进行共混，在高剪切作用カ时，材料之间的范德华カ被破坏，并且会切断一些缠结的长碳纳米管，会起到解缠结作用，使碳纳米管均匀分散于聚酰胺酸中，再经热亚胺化制备成聚酰亚胺/碳纳米管复合材料，并达到良好的分散效果。附图说明图I为传统方法制备碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料薄膜的照片； 图2为采用本专利固态剪切破碎法制备碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料薄膜的照片； 图3为实施例I中O. 5wt%碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料扫描电子显微镜照片； 图4为实施例2中I. Owt%碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料扫描电子显微镜照片； 图5为实施例3中3. Owt%碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料扫描电子显微镜照片； 图6为实施例4中I. Owt%碳纳米管含量的聚酰亚胺/多壁碳纳米管纳米复合材料扫描电子显微镜照片。具体实施例方式传统的方法制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料 取一定量的碳纳米管粉末于25mL溶剂N，N-ニ甲基こ酰胺中，在室温下超声分散I小时(f=40KHz)，然后加入2. 0024g 4，4’ - ニ氨基ニ苯醚单体，搅拌30min至4，4’ - ニ氨基ニ苯醚全部溶解后，再加入2. 1812g均苯四甲酸ニ酐，在20°C下反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备聚酰亚胺/碳纳米管纳米复合材料的方法，其特征为包括以下步骤 将等摩尔的芳香二胺和二酐于反应器中，再按照加入7. 5-10L溶剂/摩尔二酐的配比加入溶剂，20°C下机械搅拌3-5小时，制得聚酰胺酸溶液，反应完成后加等量的相同溶剂稀释；然后将稀释后的聚酰胺酸溶液倾入培养皿中，按照20-30L水/摩尔二酐的配比加入蒸馏水后聚酰胺酸沉淀成膜，再将膜用蒸馏水反复冲洗，以洗去溶剂，在100°C下通风干燥24小时；把干燥后的膜放于研磨机中高速剪切研磨成聚酰胺酸粉末，用所得聚酰胺酸粉末和3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四甲酸二酐单体、芳香二胺单体，按比例摩尔比3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四甲酸二酐芳香二胺=I: I、聚酰胺酸粉末质量为3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四甲酸二酐与芳香二胺质量之和的50%混合得到混合粉末，再加入混合粉末质量百分比数O. 5%-3%的碳纳米管粉末，混合粉末在研磨机中高速剪切分散，然后加入按照IOL溶剂/摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆新，康超，张焕焕，于晓燕，瞿雄伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：