聚酰亚胺改性的研究进展
2020-02-17徐立环
王 淼，徐立环
(沈阳化工大学化学工程学院， 辽宁 沈阳 110000)
引 言
聚酰亚胺由于具有亚胺环和分子间缔合力大的特点，因此具有良好的耐高温，耐腐蚀性能，广泛应用航空、航天、微电子以及汽车等高新技术领域。但是传统的聚酰亚胺已经不满足当前的需求，本文从聚酰亚胺合成，改性方法以及材料三个方面进行开展。
1 聚酰亚胺的介绍与合成
1.1 聚酰亚胺的介绍
聚酰亚胺(PI)的主链上含有酰亚胺官能团，是一种高分子聚合物。一般可分成脂肪族二酸聚酰亚胺、全芳香聚酰亚胺、含氟聚酰亚胺三类。聚酰亚胺由于主链官能团的差异，可以分成脂肪族聚酰亚胺和芳香族聚酰亚胺，由于脂肪族的性能比较差，我们一般指芳香族聚酰亚胺。因其具有共轭羰基结构，进而具备各种优良的性能。聚酰亚胺由于具有较强的耐高温，热稳定性强具有阻燃性的特点被广泛应用航天飞行器。
1.2 聚酰亚胺的合成
一步法是二胺和二酐在高沸点的溶剂中直接加热到200 ℃左右，直接脱水闭环形成聚酰亚胺。二步法是二胺和二酐在低温下先生成聚酰胺酸，然后再加热到一定温度脱水环化生成聚酰亚胺，或者进行化学亚胺化选用脱水机和催化剂。跟一步法区别是二步法是会生成中间产物而不是一步生成的。三步法是先使用脱水机将聚酰胺酸转化成聚异酰亚胺，再使用催化剂或者高温使其发生异构化来生成的聚酰亚胺。
2 聚酰亚胺的改性方法
2.1 原位聚合法
原位聚合法是反应物单体和催化剂同时放入溶剂中。童等采用原位聚合法使聚酰亚胺和二硼化钛成功复合并对其抗静电性、热稳定性能等进行了测试。结果表明二硼化钛很好地分散到薄膜中，复合膜亚胺化完全，热性能得到提高；当二硼化钛质量分数为3%时，复合膜表面电阻率为1.84 Ω·cm×108 Ω·cm。添加量为5%时，复合薄膜综合性能最佳[1]。
2.2 溶液共混法
溶液共混法是指制备出聚酰胺酸和聚酰亚胺溶液，然后加入纳米颗粒，使其均匀分散再进行亚胺化生成符合材料。徐等人采用溶液共混法引入二胺单体来改善聚酰亚胺性能，结果表明一定比列的共混综合摩擦磨损性能更加确实得到了显著增强[2]。
2.3 离子交换法
离子交换法是一种利用交换剂与溶液中的离子发生交换进行分离的方法。张等人采用离子交换法制备出聚酰亚胺与氧化铝复合薄膜，经过测试证明氧化铝对聚酰亚胺起到保护作用，进而提高了薄膜的抗电晕降解的能力[3]。
2.4 静电纺丝法
静电纺丝法是聚合物溶液熔融状态下在静电场作用下进行喷射拉伸的一种方法。巩等人用静电纺丝法将二氧化钛与聚酰亚胺复合再进行亚胺化得到聚酰亚胺和二氧化钛的复合薄膜。结果发现这种新型薄膜具有三维网状结构，热收缩性能和导电性能增强。在电池循环稳定性测试中发现在1库仑条件下进行100次充放电循环后库仑效率在25 ℃仍然能达到96.7%[4]。
3 聚酰亚胺的改性材料
3.1 碳纳米材料
碳纳米材料性能优异的是石墨烯与碳纳米管[5]，因此将其与聚酰亚胺复合性能一定会得到改善。李等将聚酰亚胺与石墨烯复合并对其性能进行测试，发现其力学性能，电学性能，热稳定性得到提高。于等[6]向聚酰亚胺中添加碳纳米管并寻找最佳比列，最终得到加入0.2%时复合材料具有最佳的常温力学性能。
3.2 含氧化合物
含氧化合物有二氧化硅，二氧化钛都能改善聚酰亚胺骨架的刚性使其性能变得更加优异。胡等选用二氧化硅与聚酰亚胺制得复合材料做为锂电池隔膜发现离子电导率和电性能都明显得到了优化，电池的循环稳定性能也得到提高，电池首次放电比容量为139．4 mAh/g，100次循环后容量保持率为94%[7]。杨将二氧化钛与聚酰亚胺复合发现可以通过薄膜的粗糙度来提高光催化性能。
3.3 其他聚合物
聚多巴胺表面有丰富的极性官能团，如羟基和氨基，富含电子的官能团可以提供电子，孙采用原位聚合法将聚酰亚胺和聚苯胺成功复合，耐高温能力有原来的435 ℃提高到518 ℃同时介电常数也得带显著增强[8]。
3.4 金属离子
聚酰亚胺与金属离子复合，其光学性能和磁性能都能得到改善[9]。张等采用聚酰亚胺与银离子复合发现A ，取0.04 M AgNO3时复合材料的结晶性能良好，均为面心立方结构顾萍等[10]将聚酰亚胺与镍采用离子交换法成功制备出，对其进行测试发现抗腐蚀性能力得到显著增强。孙采用原位聚合法将聚酰亚胺和聚苯胺成功复合，并进行FTIR、SEM、TG-DTG、介电常数等测试，发现并得到结论这种复合薄膜的拉伸强度跟原来相比提高很多，耐高温能力有原来的435 ℃提高到518 ℃同时介电常数也得带显著增强。
4 结语
聚酰亚胺的是由单体二胺与二酐合成的，在亚胺化过程中我们可以选择合适的材料去改变其骨架的刚性使其性能得到提高。聚酰亚胺在多种领域的作用越来越重要，因此目前的性能还需要得到改进。我们需要再改进方法和材料上进行深入研究，才能使聚酰亚胺的力学性能，光学性能和电化学性能全面得到显著提高。
