[发明专利]一种聚酰亚胺湿敏材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿敏材料及其制备方法。

背景技术

电容式湿度传感器由于具有测试范围宽、灵敏度高、湿滞小、响应速度快等优点，广泛的应用于工业、农业、气象、航空航天等相关领域。湿敏材料是湿度传感器中重要的组成部分，是影响湿度传感器性能的关键因素。作为湿敏材料，需要在材料的吸湿率、透气性、耐热性、介电性、稳定性等方面综合考虑。聚酰亚胺作为一种高性能聚合物，具有较低的介电常数，较小的介质损耗，较高热稳定性和化学稳定性，得到了众多湿度领域研究者的关注。但是目前应用的聚酰亚胺湿敏材料也存在一定缺点，如前躯体聚酰胺酸在贮存过程中容易发生水解降解，固化后的湿敏材料存在较大的非线性输出，高湿端容易出现电容漂移等。有关聚酰亚胺湿敏材料的研究已有部分报道：

中国发明专利CN102432878B公开了一种感湿聚酰亚胺及其制备和应用，其感湿聚酰亚胺包括马来酰亚胺基聚酰亚胺、双马来酰亚胺和氨端基酰亚胺齐聚物以及有机溶剂。采用的原料树脂分子量容易控制，分子结构也容易调整，有利于制备理想性能的感湿聚酰亚胺功能材料。但是从其给出电容值数据可以看出，该感湿聚酰亚胺的非线性输出较大，根据最小二乘法拟合后算得各组数据的非线性误差最佳值为5.9％，不利于后续电路的调制。

中国发明专利CN103467983A公开了一种用于高空湿度探测的聚酰亚胺薄膜及其制备方法，该聚酰亚胺薄膜是由聚酰胺酸高温酰亚胺化而得到的，吸附和脱出水分子速度快，湿度敏感性高。但是聚酰亚胺的前躯体聚酰胺酸由于其羧基的存在容易发生水解和降解，贮存稳定性较差。

发明内容

本发明要解决现有的聚酰亚胺湿敏材料湿滞以及非线性输出较大，且聚酰亚胺湿敏材料前躯体聚酰胺酸对水汽敏感、耐水解性差及容易发生降解的问题，而提供一种聚酰亚胺湿敏材料及其制备方法。

本发明的一种聚酰亚胺湿敏材料，一种聚酰亚胺湿敏材料首先由二酐、二胺、醇类试剂、N,N'-二异丙基碳二亚胺缩合剂、强极性非质子化溶剂A及强极性非质子化溶剂B制备得到聚酰胺酯粉末，然后聚酰胺酯粉末与强极性非质子化溶剂C混合，固化得到；

所述的二酐与二胺的摩尔比为1:(0.85～1.1)；所述的二酐与醇类试剂的质量比为1:(3～15)；所述的二酐与N,N'-二异丙基碳二亚胺缩合剂的摩尔比为1:(1～10)；所述的二酐与强极性非质子化溶剂A的质量比为1:(1～5)；所述的二酐与强极性非质子化溶剂B的质量比为1:(1～10)；所述的聚酰胺酯粉末与强极性非质子化溶剂C的质量比为1:(1.5～9)；

当所述的二酐为3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐或4,4'-氧双邻苯二甲酸酐时，所述的二胺为2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2'-二(三氟甲基)二氨基联苯、3,3'-二(三氟甲基)二氨基联苯、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚或4,4'-[1,4-苯基双(氧)]双[3-(三氟甲基)苯胺]；

当所述的二酐为4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐时，所述的二胺为2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、4,4'-二(4-氨基苯氧基)联苯、3,4'-二氨基二苯醚、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4'-氨基苯氧基)苯或1,4-双(4-氨基苯氧基)苯。

本发明的一种聚酰亚胺湿敏材料的制备方法是按以下步骤进行：

在室温下，将二酐加入到醇类试剂中，然后在温度为78℃～80℃下回流反应1h～12h，自然冷却至室温，得到二酸二酯，将二酸二酯置于温度为1℃～8℃的冰水浴中，得到反应体系；将二胺溶于强极性非质子化溶剂A中，得到混合物A，将N,N'-二异丙基碳二亚胺缩合剂溶于强极性非质子化溶剂B中，得到混合物B，在温度为1℃～8℃的冰水浴中，首先将混合物A加入到反应体系中，再将混合物B在30min～60min内滴加至反应体系中，搅拌1h～2h，去除冰水浴，然后在室温下搅拌反应5h～24h，得到反应混合产物，最后将反应混合产物置于甲醇中清洗，过滤，干燥，得到聚酰胺酯粉末；将聚酰胺酯粉末溶于强极性非质子化溶剂C中，搅拌均匀，得到聚酰胺酯溶液；将聚酰胺酯溶液固化，即得到聚酰亚胺湿敏材料；