CN114907598A - 一种纳米氧化硅/pei复合膜制备方法 - Google Patents

一种纳米氧化硅/pei复合膜制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅源加入水中，继续加入硫酸，进行搅拌反应处理，加入氢氧化钾溶液，室温下反应后，再进行置换处理，然后超声搅拌处理，加入聚乙烯亚胺，搅拌溶解后，得到涂膜液；将所述涂膜液通过涂布工艺，得到氧化硅/PEI复合薄膜。本发明无需经过干燥固化，反应后直接进行置换处理，有助于纳米二氧化硅颗粒在制备体系中分散更均匀，且不会在后续处理中再次发生团聚，具有分散更稳定的优点，另外，通过置换处理，能有效拓宽聚乙烯亚胺的选择性，使得聚乙烯亚胺溶解更充分，交联结构和机械性能极大的增强，进而制备得到化学性能稳定的纳米氧化硅/PEI复合膜。

Description

一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法
技术领域
本发明涉及电子储能复合材料领域，具体而言，涉及一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法。
背景技术
薄膜电容器主要应用于电子、家电、通讯、电力、电气化铁路、混合动力汽车、风力发电、太阳能发电等多个行业，这些行业的技术进步，对薄膜电容器的性能也提出了更高的要求。目前薄膜电容器主要还是纯聚合物的，要想提升性能，需要研发新的聚合物或者与无机纳米材料进行复合。但无机纳米材料与聚合物进行复合时，无机纳米材料容易团聚，最终影响产品性能。
现有技术中申请号为202111543241.7的专利，将氮化硼进行超声剥离分散，实现分散的作用。申请号为201710536876.1的专利，采用偶联剂对纳米材料表面进行修饰达到分散的目的。但这两种方式，存在难以完全将纳米材料分散开均匀，且分散后的纳米颗粒在溶液中会再次团聚的问题。
综上，在制备纳米氧化硅/PEI复合膜领域，仍然存在亟待解决的上述问题。
发明内容
基于此，为了解决纳米材料分散开均匀，且分散后的纳米颗粒在溶液中会再次团聚的问题，本发明提供了一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，具体技术方案如下：
一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法包括以下步骤：
将硅源加入水中，继续加入硫酸，进行搅拌反应处理，加入氢氧化钾溶液，室温下反应后，再进行置换处理，然后超声搅拌处理，加入聚乙烯亚胺，搅拌溶解后，得到涂膜液；
将所述涂膜液通过涂布工艺，得到氧化硅/PEI复合薄膜。
进一步地，按照重量份比，所述硅源为正硅酸乙酯，所述正硅酸乙酯与水的添加量比为1:5-15。
进一步地，所述硫酸的浓度为1mol/L，且按照重量份比，所述硫酸的添加量占所述正规酸乙酯的10％-20％。
进一步地，所述搅拌反应处理1h-3h。
进一步地，所述氢氧化钾的浓度为0.35mol/L，且按照质量百分比，所述氢氧化钾的添加量占所述正硅酸乙酯的40％-80％。
进一步地，所述室温反应的时间为20h-24h。
进一步地，所述置换处理为：室温反应后，用3-5倍质量的水进行置换3-5次，再用3-5倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换3次-6次。
进一步地，所述超声搅拌处理的时间为30min-60min。
进一步地，按照重量份比，所述硅源与所述聚乙烯亚胺的比例为0.05-10:90-99.95。
进一步地，所述搅拌溶解是在40℃-80℃条件下。
上述方案中无需经过干燥固化，反应后直接进行置换处理，有助于纳米二氧化硅颗粒在制备体系中分散更均匀，且不会在后续处理中再次发生团聚，具有分散更稳定的优点，另外，通过置换处理，能有效拓宽聚乙烯亚胺的选择性，使得聚乙烯亚胺溶解更充分，交联结构和机械性能极大的增强，进而制备得到化学性能稳定的纳米氧化硅/PEI复合膜。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备的纳米氧化硅/PEI复合膜的扫描电镜示意图；
图2是对比例2中制备的纳米氧化硅/PEI复合膜的扫描电镜示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，包括以下步骤：
将硅源加入水中，继续加入硫酸，进行搅拌反应处理，加入氢氧化钾溶液，室温下反应后，再进行置换处理，然后超声搅拌处理，加入聚乙烯亚胺，搅拌溶解后，得到涂膜液；
将所述涂膜液通过涂布工艺，得到氧化硅/PEI复合薄膜。
在其中一个实施例中，按照重量份比，所述硅源为正硅酸乙酯，所述正硅酸乙酯与水的添加量比为1:5-15。
在其中一个实施例中，所述硫酸的浓度为1mol/L，且按照重量份比，所述硫酸的添加量占所述正规酸乙酯的10％-20％。
在其中一个实施例中，所述搅拌反应处理1h-3h。
在其中一个实施例中，所述氢氧化钾的浓度为0.35mol/L，且按照质量百分比，所述氢氧化钾的添加量占所述正硅酸乙酯的40％-80％。
在其中一个实施例中，所述室温反应的时间为20h-24h。
在其中一个实施例中，所述置换处理为：室温反应后，用3-5倍质量的水进行置换3-5次，再用3-5倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换3次-6次。
在其中一个实施例中，所述超声搅拌处理的时间为30min-60min。
在其中一个实施例中，按照重量份比，所述硅源与所述聚乙烯亚胺的比例为0.05-10:90-99.95。
在其中一个实施例中，所述搅拌溶解是在40℃-80℃条件下。
上述方案中无需经过干燥固化，反应后直接进行置换处理，有助于纳米二氧化硅颗粒在制备体系中分散更均匀，且不会在后续处理中再次发生团聚，具有分散更稳定的优点，另外，通过置换处理，能有效拓宽聚乙烯亚胺的选择性，使得聚乙烯亚胺溶解更充分，交联结构和机械性能极大的增强，进而制备得到化学性能稳定的纳米氧化硅/PEI复合膜。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，包括以下步骤：
将3g正硅酸乙酯加入30g水中，加入0.5g质量百分比浓度为1mol/L硫酸，室温搅拌反应2h，加入2g质量百分比浓度为0.35mol/L氢氧化钾溶液，室温反应24h，然后用3倍质量的水置换3次，用3倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换5次，随后超声搅拌30min，加入50g聚乙烯亚胺，并置于在40℃下，搅拌溶解，得到黄色透明涂膜液，再将黄色透明涂膜液通过涂布工艺进行涂布处理，获得氧化硅/PEI复合薄膜。
实施例2：
一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，包括以下步骤：
将1g正硅酸乙酯加入20g水中，加入0.1g质量百分比浓度为1mol/L硫酸，室温搅拌反应2h，加入0.5g质量百分比浓度为0.35mol/L氢氧化钾溶液，室温反应24h，然后用3倍质量的水置换3次，用3倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换5次，随后超声搅拌60min，加入60g聚乙烯亚胺，并在80℃条件下，搅拌溶解，得到黄色透明涂膜液，再将黄色透明涂膜液通过涂布工艺进行涂布处理，获得氧化硅/PEI复合薄膜。
实施例3：
一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，包括以下步骤：
将5g正硅酸乙酯加入20g水中，加入0.2g质量百分比浓度为1mol/L硫酸，室温搅拌反应2h，加入0.8g质量百分比浓度为0.35mol/L氢氧化钾溶液，室温反应24h，然后用3倍质量的水置换3次，用3倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换5次，随后超声搅拌60min，加入63g聚乙烯亚胺，并在60℃条件下，搅拌溶解，得到黄色透明涂膜液，将黄色透明涂膜液通过涂布工艺进行涂布处理，获得氧化硅/PEI复合薄膜。
对比例1：
一种氧化硅/PEI复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将5g纳米的氧化硅纳米颗粒加入200gN-甲基吡咯烷酮中，超声搅拌分散30min，加入50g聚乙烯亚胺，并在40℃条件下，搅拌溶解，得到黄色透明涂膜液，然后再将黄色涂膜液通过涂布工艺进行涂布处理，获得氧化硅/PEI复合薄膜。
对比例2：
一种氧化硅/PEI复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将20g纳米的氧化硅纳米颗粒加入450gN-甲基吡咯烷酮中，超声搅拌分散30min，加入100g聚乙烯亚胺，并在40℃条件下，搅拌溶解，得到黄色透明涂膜液，然后再将黄色涂膜液通过涂布工艺进行涂布处理，获得氧化硅/PEI复合薄膜。
将实施例1-3的氧化硅/PEI复合薄膜以及对比例1-2的氧化硅/PEI复合薄膜在制备的过程中进行记录，结果如下表1所示。
表1：
Figure BDA0003669350640000061
由表1的数据分析可知本申请实施例1-3在制备中具有优异的分散性、相容性以及机械性，但对比例1-2成分以及成分配比的改变，其分散性以及相容性、机械想变差。
另外，图1为本发明实施例1中制备的纳米氧化硅/PEI复合膜的扫描电镜示意图，从图1中可以看出实施例1中的纳米氧化硅/PEI复合膜分散均匀，未出现团聚现象，实施例2以及实施例3为未出现团聚现象，不做赘述。图2为对比例2中制备的纳米氧化硅/PEI复合膜的扫描电镜示意图，从图2中可以看出表面团聚现象明显。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅源加入水中，继续加入硫酸，进行搅拌反应处理，加入氢氧化钾溶液，室温下反应后，再进行置换处理，然后超声搅拌处理，加入聚乙烯亚胺，搅拌溶解后，得到涂膜液；
将所述涂膜液通过涂布工艺，得到氧化硅/PEI复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，按照重量份比，所述硅源为正硅酸乙酯，所述正硅酸乙酯与水的添加量比为1:5-15。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述硫酸的浓度为1mol/L，且按照重量份比，所述硫酸的添加量占所述正规酸乙酯的10％-20％。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述搅拌反应处理1h-3h。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾的浓度为0.35mol/L，且按照质量百分比，所述氢氧化钾的添加量占所述正硅酸乙酯的40％-80％。
6.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述室温反应的时间为20h-24h。
7.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述置换处理为：室温反应后，用3-5倍质量的水进行置换3-5次，再用3-5倍质量的N-甲基吡咯烷酮置换3次-6次。
8.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述超声搅拌处理的时间为30min-60min。
9.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，按照重量份比，所述硅源与所述聚乙烯亚胺的比例为0.05-10:90-99.95。
10.根据权利要求1所述的纳米氧化硅/PEI复合膜制备方法，其特征在于，所述搅拌溶解是在40℃-80℃条件下。
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