聚酰亞胺改性的研究進展

王 淼，徐立環

(沈陽化工大學化學工程學院， 遼寧 沈陽 110000)

引 言

聚酰亞胺由于具有亞胺環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，廣泛應用航空、航天、微電子以及汽車等高新技術領域。但是傳統的聚酰亞胺已經不滿足當前的需求，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構，進而具備各種優良的性能。聚酰亞胺由于具有較強的耐高溫，熱穩定性強具有阻燃性的特點被廣泛應用航天飛行器。

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化生成聚酰亞胺，或者進行化學亞胺化選用脫水機和催化劑。跟一步法區別是二步法是會生成中間產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化成聚異酰亞胺，再使用催化劑或者高溫使其發生異構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合并對其抗靜電性、熱穩定性能等進行了測試。結果表明二硼化鈦很好地分散到薄膜中，復合膜亞胺化完全，熱性能得到提高；當二硼化鈦質量分數為3%時，復合膜表面電阻率為1.84 Ω·cm×108 Ω·cm。添加量為5%時，復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合薄膜，經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合再進行亞胺化得到聚酰亞胺和二氧化鈦的復合薄膜。結果發現這種新型薄膜具有三維網狀結構，熱收縮性能和導電性能增強。在電池循環穩定性測試中發現在1庫侖條件下進行100次充放電循環后庫侖效率在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

碳納米材料性能優異的是石墨烯與碳納米管[5]，因此將其與聚酰亞胺復合性能一定會得到改善。李等將聚酰亞胺與石墨烯復合并對其性能進行測試，發現其力學性能，電學性能，熱穩定性得到提高。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%時復合材料具有最佳的常溫力學性能。

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異。胡等選用二氧化硅與聚酰亞胺制得復合材料做為鋰電池隔膜發現離子電導率和電性能都明顯得到了優化，電池的循環穩定性能也得到提高，電池首次放電比容量為139．4 mAh/g，100次循環后容量保持率為94%[7]。楊將二氧化鈦與聚酰亞胺復合發現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合，耐高溫能力有原來的435 ℃提高到518 ℃同時介電常數也得帶顯著增強[8]。

3.4 金屬離子

聚酰亞胺與金屬離子復合，其光學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合發現A ，取0.04 M AgNO3時復合材料的結晶性能良好，均為面心立方結構顧萍等[10]將聚酰亞胺與鎳采用離子交換法成功制備出，對其進行測試發現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合，并進行FTIR、SEM、TG-DTG、介電常數等測試，發現并得到結論這種復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 ℃同時介電常數也得帶顯著增強。

4 結語

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性能，光學性能和電化學性能全面得到顯著提高。