[发明专利]一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，特别涉及聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术

柔性衬底非晶硅太阳能电池日益受到人们的重视。它可以任意弯曲，安装携带方便，在航空、航天领域取得广泛应用，是邻近空间动力飞艇不可或缺的能源组件。柔性衬底非晶硅太阳能电池的衬底可以为金属也可以为透明聚合物薄膜。由于金属衬底不透明，导电膜只能沉积在非晶硅膜上，得到的导电膜透过率低、电阻率高，并且对非晶硅膜会产生劣化影响，从而会降低电池的转换效率。而采用透明聚合物薄膜作为衬底，可以直接在透明聚合物薄膜表面形成纳米铟锡金属氧化物(ITO)导电膜，不会对非晶硅膜产生影响，从而获得高光电转换效率。

作为太阳电池衬底的聚合物薄膜必须满足以下几个条件。首先薄膜必须有良好的透光性，厚度在25微米对500nm以上波长光线透过率大于90％；其次要有良好的耐热性，非晶硅镀膜工艺温度在200℃，这就要求薄膜的玻璃化转变温度最好在250℃以上，以保证薄膜具有足够的机械强度；另外特别要求薄膜表面光洁、平整、无针孔，以防止薄膜电池断路或短路现象发生。

目前已有许多聚合物应用于柔性衬底方面的研究，如聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、高温尼龙(PPA)等，但由于不耐紫外线、吸水率太高、不能满足高温加工工艺或与无机材料机械性能不匹配等原因在应用上受到限制。聚酰亚胺(PIs)在耐热性、介电性、柔韧性、轻质、高强度方面所表现出的优秀性能，使其在航空、航天、微电子及电工绝缘方面得到非常广泛的应用。但传统的聚酰亚胺薄膜为黄色，对500nm光线透过率不到40％，这严重限制了其在光电领域应用。从上世纪80年代开始，研究人员通过引入含氟结构、脂肪侧基、脂环结构等方法合成了上百种不同结构的聚酰亚胺，透光率得到改善。其中，引入含氟结构的聚酰亚胺最为常见。

Tohru Matsuura等(Macromolecules，1991，24：5001～5005)将含有六氟二酐与含有六氟的二胺聚合，形成聚酰胺漆后进行涂膜，制备出透明的聚酰亚胺薄膜。这种薄膜在可见光区的透明度高，在近红外区光的损耗低，同时介电常数低，折光率低，溶解性好且吸水率低。ShijiA等(Macromolecules，1992，25：5858-5860)用全氟代的二酐和二胺聚合制备聚酰亚胺薄膜，这种薄膜在整个光通信波长范围内透明度高，同时玻璃化转变温度在300℃以上。但这种全氟代的聚酰亚胺为橙色或褐色，光透过率不佳。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺薄膜，具有良好的光透过率及优异的耐温性能。

本发明公开了一种聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将2，3，3′，4′-联苯四酸二酐和2，2′-双三氟甲基-4，4′-联苯二胺在有机溶剂中混合反应，得到聚酰胺酸胶液；

B)将步骤A)所述聚酰胺酸胶液流延成膜，得到聚酰胺酸膜；

C)将步骤B)所述聚酰胺酸膜热亚胺化，得到聚酰亚胺薄膜。

优选的，所述步骤A)中，所述有机溶剂为γ-丁内酯、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。

优选的，所述步骤A)中，所述2，3，3′，4′-联苯四酸二酐和2，2′-双三氟甲基-4，4′-联苯二胺的总质量与有机溶剂的质量比为1∶3.5～4.5。

优选的，所述步骤A)中，所述2，3，3′，4′-联苯四酸二酐与2，2′-双三氟甲基-4，4′-联苯二胺的摩尔比为1∶0.5～2。

优选的，所述步骤B)中，所述流延成膜的温度为70℃～90℃。

优选的，所述步骤B)中，所述流延成膜的时间为1.5h～2.5h。

优选的，所述步骤C)具体为：

将步骤B)所述聚酰胺酸膜以1℃/min～4℃/min的升温速度从室温加热到300℃～400℃，然后自然降至室温。

本发明还公开了一种聚酰亚胺薄膜，具有式(I)结构，紫外光透过截止波长为390nm～400nm，玻璃化温度为306℃～324℃；

n为聚合度，n≥10。