[发明专利]一种聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末的制备方法

说明书

本发明涉及阻燃材料领域，具体地讲，是一种聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末的制备方法。在保护气氛下，将黑磷或黑磷烯分散于非质子极性有机溶剂；再加入聚酰亚胺体系的酸酐和胺，而后使黑磷或黑磷烯充分剥离成纳米级分散于体系中，控制物料温度为室温或低于室温，反应形成聚酰胺酸包覆黑磷烯预聚体，预聚体热亚胺化得到聚酰亚胺包覆黑磷粉末，用溶剂洗涤数次，真空干燥得到聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末。创造性地利用体系的溶剂和单体保护黑磷烯不被降解，且在体系聚合过程中控制黑磷烯的尺寸。该方法通过超声波液相剥离法和聚酰亚胺聚合体系的结合，原位包覆制备阻燃粉末，能促使黑磷烯和聚酰亚胺大量复合，克服了黑磷烯产量小、利用率低的缺点。

技术领域

本发明涉及阻燃材料领域，具体地，一种聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是一种特种工程塑料，广泛应用于航空航天、微电子和光电领域。它具有优良的化学稳定性、耐磨性、耐高温性能、电绝缘性和力学性能。在采用模压或挤出成型时都需要聚酰亚胺粉末状树脂，特别是模压成型时要和一些无机填料混合，要求粉末粒度更细更均匀。传统的聚酰亚胺粉末一般是将聚酰胺酸的溶液加热得到粉末，或是在聚酰胺酸溶液中加入三乙胺再热亚胺化得到粉末，或是吡啶为溶剂将聚酰胺酸热酰亚胺化得到粉末。

黑磷烯作为一种新无机二维纳米材料应用于聚酰亚胺鲜有报道。黑磷烯可由黑磷经机械剥离法和液相剥离法制得。液相剥离法更具其优势，其原理是当化学溶剂的表面能与二维材料相匹配时，溶剂与二维材料之间的相互作用可以平衡剥离该材料所需的能量，通过超声即可把块体材料剥离成片层材料。液相剥离法制备原子层黑磷具有产量较高、设备要求低等优势，同时有机试剂的存在可减缓其降解，但所得产品尺寸小且有机溶剂难以去除。

经检索，鲜有技术涉及黑磷烯原位改性聚酰亚胺的报道。检索到的一篇授权专利：一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用（CN109880365B）。该专利并未涉及黑磷烯，未涉及聚酰亚胺的聚合，该专利只是利用已聚合好的聚酰亚胺粒子和黑磷等物质于无水乙醇中混合，再除去乙醇得到干混料，最后加压烧结，制得黑磷改性聚酰亚胺复合材料。其中的黑磷只是作为一种摩擦的润滑剂，其根本上是一种聚合物与无机粒子的熔融共混。未见过相关研究报道或专利涉及聚酰胺酸原位包覆黑磷烯制备聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末。

发明内容

本发明主要针对黑磷烯在环境中易被水汽和氧等分解的缺点。提供一种聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末的方法。该阻燃粉末利用聚酰亚胺体系的溶剂和单体对黑磷进行插层，再利用超声波剥离法，进一步使黑磷在体系中剥离成黑磷烯，利用预聚的聚酰胺酸包覆黑磷烯，再在溶剂中热亚胺化制备聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末。不仅保证了黑磷烯使用过程中的稳定性，还拓宽其在阻燃领域的应用。

本发明通过以下技术方案予以实现：

公开的聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末的制备方法，原料使用的质量份数如下：黑磷或黑磷烯1~50份，非质子极性溶剂100~400份，聚酰亚胺体系的酸酐20~100份，聚酰亚胺体系的胺20~200份；在保护气氛下，将黑磷或黑磷烯分散于非质子极性有机溶剂；再加入聚酰亚胺体系的酸酐和胺，而后使黑磷或黑磷烯充分剥离成纳米级分散于体系中，控制物料温度为室温或低于室温，反应形成聚酰胺酸包覆黑磷烯预聚体，预聚体热亚胺化得到聚酰亚胺包覆黑磷粉末，用溶剂洗涤数次，真空干燥得到聚酰亚胺/黑磷烯阻燃粉末。

进一步地，所述黑磷包括块状黑磷和低维黑磷，所述块状黑磷为由白磷或红磷在高温高压下转化而来，所述黑磷烯由液相剥离法在聚酰亚胺体系中制备。

进一步地，所述黑磷烯的粒径为10nm~100μm，片层厚度为1~200nm。

进一步地，所述黑磷的粒径为100μm~100mm，片层厚度为200nm~10mm。

进一步地，所述保护气体为氮气、氩气的任意一种或两种混合。

进一步地，所述聚酰亚酸的反应温度为-20~30℃，反应时间1~24h。