特种工程塑料聚酰亚胺由于具有优异的热性能、力学性能和耐腐蚀等性能,已在航空航天、汽车以及微电子领域得到广泛的应用2',现已开发的产品形式有薄膜、涂料、胶黏剂和纤维等.这些材料多经由前躯体聚酰胺酸(PAA)进一步脱水环化制得,然而制备过程中大量有机溶剂的使用导致加工成本较高且污染环境.制备水分散聚酰亚胺,不仅可以降低成本,还将大大减少加工过程中的环境污染,目前这方面的研究工作尚属空白。
喷雾干燥法作为一种简便、低廉及环保的加工手段,多用于食品、药物封装、肥料和合成树脂等方面,随着微纳米技术的发展,目前关于喷雾干燥在微纳米技术方面的基础研究已经被广泛应用于多种超细粉体及纳米粉体的生产中,制备得到的粉体通常具有很好的分散性 本文在未添加任何表面活性剂的前提下,利用那艾仪器喷雾干燥机成功地制备了水分散PAA微纳米颗粒,此方法具有普适性,在未改变聚合物结构的前提下,实现了水分散.水分散聚合物的聚集态结构和形貌与聚合物的结构、制样温度以及原料液浓度等有关.此方法的开发为制备聚酰亚胺微纳米球提出了全新的制备手段.制备得到的聚合物颗粒可分散于水或乙醇中,在水中的初次分散浓度最高可达25%,且再分散性良好,加热后可固化成膜,有望应用于聚酰亚胺水性环保涂料的制备。
在其它条件相同的情况下,聚合物溶液浓度越高,溶液越黏稠,在喷嘴处越容易形成拉丝状的聚合物纤维,颗粒较大且易聚集,水分散性较差.浓度越低越容易形成小颗粒,水分散性越好,当s-BPDA/4,4'-ODA质量分数为5%时,聚合物颗粒容易聚集,图中可见有聚合物溶液拉丝导致的纤维存在. 将样品置于样品管内,称量样品质量,在超声仪内逐滴滴加蒸馏水至样品恰好分散,称量样品管内样品和蒸馏水的总重量,计算得到样品的质量分数即最高分散浓度.
实验证明,由喷雾法制备的聚合物颗粒均具有良好的水分散性,样品 s-BPDA/4 ,4'-ODA 以5%浓度在160℃时喷雾得到的聚合物颗粒的最高分散浓度为15%,其余样品的最高分散浓度均高于20%,其中 s-BPDA/BABB 的最高分散浓度可达25%.这种刚性结构大分子可以在水中达到如此高的分散程度,可能是由喷雾干燥器雾化的聚合物溶液小液滴在被干燥过程中,受到加热和溶剂蒸发的双重驱动,聚合物链段发生运动,最终造成干燥后的聚合物颗粒表面富含羧基、羟基和氨基,而这些基团易与水形成氢键.与传统块状材料相比,由于微粒的比表面积比较大,聚合物小颗粒与溶剂分子的接触面积较大,相互作用较强.聚合物颗粒在水中可稳定分散1 min左右不发生聚集,并且经轻微振荡后即可再次分散,具有良好的再分散性.
利用喷雾干燥法制备了具有良好水分散性的聚酰胺酸微纳米颗粒,其初次分散浓度可达20%,并具有良好的再分散性.这种微纳米颗粒经过处理后可进一步亚胺化形成透明的聚酰亚胺薄膜,红外光谱和热失重测试结果表明薄膜已经完全亚胺化,说明这种微纳米颗粒可应用于制备聚酰亚胺水性涂料.同时,对影响产物形貌的几种因素进行了初步研究.