CN104178837A

CN104178837A - 一种多孔聚酰亚胺纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN104178837A
Application number: CN201310202548.XA
Authority: CN
Inventors: 秦国彤; 孙丹丹; 江雷
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明提供了一种多孔聚酰亚胺纤维，其特征在于纤维内部具有微米/纳米复合孔结构，纤维表面光滑致密或具有纳米孔结构。本发明提供了一种多孔聚酰亚胺纤维的制备方法，其特征在于包括：A）纺丝液的配制B）将纺丝液纺入凝固浴中；C)对原丝进行清洗；D)将清洗后的原丝干燥；E)将干燥的原丝亚胺化得到多孔聚酰亚胺纤维。本发明还提供了用根据权利要求2－8中的任何一项上述方法制备的多孔聚酰亚胺纤维。

Description

一种多孔聚酰亚胺纤维及其制备方法

发明领域

本发明涉及纤维领域，提供一种内部具有微米/纳米复合孔结构，纤维表面光滑致密或具有纳米孔结构的纤维的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物。聚酰亚胺因其好的耐温及优异的力学性能、电性能、耐辐射性能、耐溶剂性能，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

聚酰亚胺的纺丝工艺以湿纺或干湿纺为主，根据纺丝浆液是聚酰亚胺还是聚酰胺酸，该纺丝方法又有一步法纺丝和二步法纺丝之分。二步法纺制聚酰亚胺纤维是研制聚酰亚胺纤维以来一直普遍使用的方法，第一步是将聚酰胺酸的浓溶液经湿法或干湿法喷丝得到聚酰胺酸纤维，第二步是将第一步纺制的聚酰胺酸纤维经化学环化或热环化得到的聚酰亚胺纤维。

目前，聚酰亚胺纤维的研究主要集中在制备优良的力学性能及隔热性能方面。聚酰亚胺多孔材料由于部分体积聚合物被气体取代，因而具有密度小、质量轻的特点，由于气体的热导率比聚合物的热导率低近一个数量级，因此相对于无孔聚合物而言，多孔材料具有较低的热导率以及优良的隔热性能。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种多孔聚酰亚胺纤维。其特征在于：纤维内部具有纳米或微米纳米复合孔结构，纤维表面光滑致密或具有纳米孔结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种多孔聚酰亚胺纤维的制备方法，其特征在于包括：

A）纺丝液的配制；

B）将纺丝液纺入凝固浴中，得到原丝；

C)对原丝进行清洗；

D)将清洗后的原丝干燥；

E)将干燥的原丝亚胺化。

根据本发明的一个进一步的方面，上述方法的特征在于上述步骤A）纺丝液为聚酰胺酸、聚酰胺酸与NaNO₃、聚酰胺酸与NaSCN和聚酰胺酸与氨基磺酸溶液中的一种，其中聚酰胺酸与NaNO₃、NaSCN、氨基磺酸质量比为10:1-10。

根据本发明的一个进一步的方面，上述方法的特征在于聚酰胺酸由二元酐和二元胺合成，其中，二元酐可以是：均苯四甲酸二酐（PMDA）、邻苯二甲酸酐（PA）、3,3′,4,4′-二苯醚四酸酐（OPDA）、联苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、4,4'-对苯二氧双邻苯二甲酸酐(HQDA)、3,3′,4,4′-二苯砜四羧酸二酐(DSDA)中的一种或几种；二元胺可以是：4,4′-二氨基二苯醚（ODA）、对苯二胺(PPD)等；

所用溶剂是：N,N′-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N′-二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSo）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中的一种或几种。

根据本发明的一个进一步的方面，上述方法的特征在于上述步骤B)凝固浴为水浴、水与乙醇的混合凝固浴或水与DMF的混合凝固浴中的一种，其中水与乙醇混合凝固浴的水：乙醇质量比为1:0.1-2，水与DMF混合凝固浴的水：DMF质量比为1:0.1-2。

根据本发明的一个进步的方面，上述方法的特征在于上述步骤C)原丝的清洗使用纯水清洗。

根据本发明的一个进步的方面，上述方法的特征在于上述步骤D)清洗后的原丝在常温常压下干燥或真空干燥。

根据本发明的一个进一步的方面，上述方法的特征在于上述步骤E）亚胺化使用化学亚胺化或热亚胺化方法，热亚胺化方法包括：在空气或氩气环境下，以1-9℃/min的升温速度把纤维升温至终温，在该终温停留0.5-1小时，其中所述终温为300-400℃，然后自然降温至室温。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了用上述方法制备的多孔聚酰亚胺纤维。

附图说明

图1是用于本发明的一个第一实施例所得纤维的显微结构照片。

图2是用于本发明的一个第二实施例所得纤维的显微结构照片。

具体实施方式

实施例1

由二酐单体均苯四甲酸酐(PMDA)和二胺单体4,4′-二氨基二苯醚（ODA）在极性溶剂N,N′-二甲基甲酰胺（DMF）中经溶液缩聚法合成质量分数为15%的PAA黄色溶液。

按照聚酰胺酸（15%）：NaNO₃（12%）=1:1的质量比配置纺丝液，注射器针头选用5#，注射器注射速度为10ml/h，凝固浴为水浴。原丝经常温常压干燥后放入管式炉中，在空气氛围下，以1℃/min的升温速度升温至300℃，分别100℃、200℃、300℃保温0.5h、0.5h、1h，自然降温至室温，得到内部具有微米纳米复合孔结构，纤维表面光滑致密聚酰亚胺纤维，其纤维结构见附图1。

实施例2

纺丝液改为聚酰胺酸（15%）：NaSCN（12%）=2:5的质量比，其他条件同实例1。得到内部具有微米纳米复合孔结构，纤维表面光滑致密聚酰亚胺纤维，其纤维结构见附图2。

Claims

1.一种多孔聚酰亚胺纤维，其特征在于：纤维内部具有微米/纳米复合孔结构，纤维具有光滑或多孔表面。

2.多孔聚酰亚胺纤维的制备方法，其特征在于包括：

A）纺丝液的配制；

B）将纺丝液纺入凝固浴中，得到原丝；

C)对原丝进行清洗；

D)将清洗后的原丝干燥；

E)将干燥的原丝亚胺化。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于上述步骤A）纺丝液为聚酰胺酸、聚酰胺酸与NaNO₃、聚酰胺酸与NaSCN和聚酰胺酸与氨基磺酸溶液中的一种，其中聚酰胺酸与NaNO₃、NaSCN、氨基磺酸质量比为10:1-10。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于聚酰胺酸由二元酐和二元胺合成，其中，二元酐可以是：均苯四甲酸二酐（PMDA）、邻苯二甲酸酐（PA）、3,3′,4,4′-二苯醚四酸酐（OPDA）、联苯四甲酸二酐(BPDA)、二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、4,4'-对苯二氧双邻苯二甲酸酐(HQDA)、3,3′,4,4′-二苯砜四羧酸二酐(DSDA)中的一种或几种；二元胺可以是：4,4′-二氨基二苯醚（ODA）、对苯二胺(PPD)等；

5.根据权利要求2的方法，其特征在于上述步骤B)凝固浴为水浴、水与乙醇的混合凝固浴或水与DMF的混合凝固浴中的一种，其中水与乙醇混合凝固浴的水：乙醇质量比为1:0.1-2，水与DMF混合凝固浴的水：DMF质量比为1:0.1-2。

6.根据权利要求2的方法，其特征在于上述步骤C)原丝的清洗使用纯水清洗。

7.根据权利要求2的方法，其特征在于上述步骤D)清洗后的原丝在常温常压下干燥或真空干燥。

8.根据权利要求2的方法，其特征在于上述步骤E）亚胺化使用化学亚胺化或热亚胺化方法，热亚胺化方法包括：在空气或氩气环境下，以1-9℃/min的升温速度把纤维升温至终温，在该终温停留0.5-1小时，其中所述终温为300-400℃，然后自然降温至室温。

9.用根据权利要求2－8中的任何一项制备的多孔聚酰亚胺纤维。