[发明专利]一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜及其制备方法

说明书

一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜，其制备方法为首先将聚酰胺酸溶液通过静电纺丝技术制得聚酰胺酸纳米纤维膜，再经过高温环化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；用碱液对聚酰亚胺纳米纤维膜进行刻蚀，并将刻蚀后的纤维膜与聚苯并咪唑稀溶液置于烘箱中，进行定温间歇浸渍处理，然后再经过梯度升温处理。本发明基于纳米纤维之间的自粘接和浸渍粘联工艺过程中的自压缩技术，制得的核壳结构纳米纤维膜强度高，能够实现力学性能、粘接程度以及交联形貌的调控，制备工艺简单，适合于工业化生产。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维膜技术领域，尤其是涉及一种高性能聚合物包覆聚酰亚胺纤维膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一种分子链上存在着酰亚胺环的高性能聚合物材料，由于聚酰亚胺分子结构近似于半梯形，分子链刚性较大，使其具有较高的玻璃化转变温度，同时也赋予其众多优异的性能，如较高的力学性能、耐高低温、低介电常数、耐辐射等性能，具有广泛的应用价值，例如工程塑料、薄膜、分离膜、质子传输膜、涂料、电-光材料、先进复合材料、纤维、光刻胶、微电子以及生物相容材料等。

静电纺丝技术近几年受到了广大研究者的青睐，并对静电纺丝技术展开了深入研究，不断开拓其应用领域。利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜拥有较高的孔隙率，并且较大的比表面积赋予纤维膜表面可修饰性。人们针对纳米纤维膜的诸多优势来不断的拓展其应用，目前已广泛地应用于电化学、航空领域、电池、电气绝缘、组织工程、以及医疗行业等领域。聚酰亚胺通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜结合了耐高温和化学稳定，以及纤维膜大比表面积和孔隙率的优势，使其成为了当今的研究热点之一。

但是，静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜也拥有一些缺点。由于聚酰亚胺纳米纤维膜为无纺布结构，纤维在纺丝的过程中是由无数纳米纤维层层堆积而成，因而制备的纤维膜结构比较松散，同时纤维与纤维之间没有相互作用力，从而使得纳米纤维膜拥有较差的拉伸强度，虽然聚酰亚胺具有较好的强度，但是在纳米纤维膜中无法得到体现，从而限制了其进一步发展，因此为了解决这个问题，无数研究者进行了相关的探索。如专利CN103343423A利用聚醚酰亚胺的较好溶解性，通过静电纺丝制备聚醚酰亚胺纤维膜，对纤维膜进行热处理，使纤维膜在特定的温度下发生微交联，从而提高膜的强度，但是可溶性的聚酰亚胺种类少，因此限制了其适用范围。另外专利CN102766270A也制备出了一种具有交联形貌的聚酰亚胺纤维膜，该研究主要是通过对聚酰胺酸进行碱液处理，后进行热亚胺化制备出聚酰亚胺纳米纤维膜；但是该方法在处理聚酰胺酸纤维膜的时候，由于碱液易破坏纤维结构，因此纤维的稳定性可能会受到影响。

本发明采用一种全新的方法，将聚酰亚胺纳米纤维膜通过定温间歇浸渍处理，制备了一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜材料，基于纳米纤维间的自粘接和浸渍粘联工艺过程中的自压缩最终得到了高强度的纤维膜。该方法主要利用聚苯并咪唑优异的粘接性，以及制备过程中的自压缩作用，从而显著的改善了纤维膜的强度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种制备聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纤维膜的核壳结构纳米纤维薄膜的工艺方法。本发明的方法工艺过程简单，制备效率高，对基体无损伤，应用前景良好。

本发明的目的之一在于提供一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜。

本发明的目的之二在于提供一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜的制备方法。

一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜中的聚酰亚胺纳米纤维由聚苯并咪唑作为壳层包覆，所述纳米纤维膜呈交联形貌，其中聚酰亚胺纳米纤维间的交叉点通过聚苯并咪唑粘结形成粘接结构，所述纳米纤维膜拉伸强度为10-95MPa，膜厚度为5-25um。

进一步地，拉伸强度优选为40-89MPa，膜厚度优选为7-18um，特别优选为9-15um。