專利名稱：磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法.
背景技術(shù)：
離子聚合物金屬復(fù)合材料(Ionic polymer metal composite，IPMC)，是一類典型的電活性聚合物，其具有特殊的電性能和機(jī)械性能。它在較低的電壓激勵(lì)下，可產(chǎn)生較大的位移形變。與傳統(tǒng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)部件相比，這類材料具有低密度、有彈性、容忍破壞、較大的應(yīng)變等與生物肌肉相似的特性。因此，利用IPMC的這些特點(diǎn)可制作出具有高度的可操縱性、無噪音、動(dòng)作靈活、可類似模仿人體手臂動(dòng)作的仿真肌肉。此外，IPMC材料與某些人體環(huán)境相容性好，適用于人體軟組織，能用來制作某些生物醫(yī)學(xué)材料，其還可應(yīng)用于致動(dòng)器、傳感器等方面。目前，IPMC用的高分子基體膜材料幾乎均為Nafion、Flemion、Aciplex等系列的全氟碳鏈離子聚合物，而非氟離子聚合物用于制造IPMC的報(bào)道幾乎沒有。由于現(xiàn)有IPMC的全氟碳鏈離子聚合物價(jià)格昂貴，而且以它們?yōu)榛w的IPMC膜材料表現(xiàn)出驅(qū)動(dòng)力偏低，直流刺激產(chǎn)生永久形變等缺點(diǎn)，這直接限制了IPMC膜材料的發(fā)展，因此迫切需要尋找廉價(jià)的、高性能的可替代的基體材料。(M.Shahinpoor，Electrochimica Acta 2003，48，2343；M.Shahinpoor，and K.-J.Kim，Smart Mater.Struct.2004，13，1362-1388)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法。其內(nèi)容包括磺化聚酰亞胺基體材料的制備及其表面電鍍兩個(gè)部分。
1.磺化聚酰亞胺基體材料的制備 化學(xué)反應(yīng)路線如下
磺化聚酰亞胺 式中，X的范圍是0.2-0.8； 所述的二酐是以下結(jié)構(gòu)式的二酐任意一種

1，4，5，8—四酸萘二酐 4，4’—聯(lián)萘—1，1’，8，8’—四酸二酐； 所述的磺化二胺為以下結(jié)構(gòu)式的磺化二胺任意一種
4，4’—二氨基二苯醚—2，2’-二磺酸 4，4’-二氨基—1”，3”—二苯氧基聯(lián)苯—3”，3”’—二磺酸
4，4’—二氨基二苯甲烷—2，2’-二磺酸 4，4’-二氨基—1”，4”—二苯氧基苯—2”-磺酸； 所述的二胺為以下結(jié)構(gòu)式的二胺的任意一種
4，4’—二氨基—1”，3”—二苯氧基聯(lián)苯 4，4’—二氨基二苯甲烷
4，4’—二氨基二苯醚 4，4’—二氨基聯(lián)苯 4，4’-二氨基—2，2’—雙三氟甲基聯(lián)苯 制備步驟如下將二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的間甲酚中，升溫到80℃攪拌反應(yīng)5h，再升到180℃反應(yīng)8h，反應(yīng)冷卻后沉入丙酮中，洗滌后干燥，得到磺化聚酰亞胺物料；將得到的磺化聚酰亞胺物料重新溶解于N，N—二甲基乙酰胺中鋪膜，在60℃干燥1—2天，接著在乙醇中洗滌，除去溶劑，放入1mol/l的硫酸當(dāng)中10天進(jìn)行離子交換，去除掉三乙胺，取出放入去離子水中浸泡3天，除掉膜中過量的硫酸，得到宗黃色聚酰亞胺基體材料；所述的二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺的摩爾比為1:x:1—x:1.3:1.1x:2.2x，其中，x為0.2-0.8； 得到宗黃色聚酰亞胺基體材料的厚度為100—200μm； 2.化學(xué)沉積法制備磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料 將磺化聚酰亞胺基體材料兩側(cè)用砂紙打磨后在水中超聲清洗，進(jìn)行預(yù)處理；在室溫下，將預(yù)處理過的該基體材料放入2mg/ml的四氯二胺合鉑溶液中浸泡12h，用去離子水清洗之后，將其放入水中，加入5wt％NaBH4溶液中室溫下還原2h，完成一次鍍鉑過程；再重復(fù)鍍鉑過程一次；在室溫下，所得到的材料浸入硝酸銀溶液中放置12h后用水清洗，接著放到水中并加入5wt％NaBH4溶液，在室溫下還原30分鐘，用去離子水清洗，完成鍍銀過程；重復(fù)鍍銀一次；得到磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料，得到磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料。
所得到的磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料的電鍍層的厚度為10—20μm，其表面電阻為1—1.483Ω/cm2。
將磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料剪切成0.5cm×2cm的條帶，并浸入到1.5N的氯化鋰中進(jìn)行離子交換，在室溫下放置3天，得到磺化聚酰亞胺基柔性制動(dòng)器。在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度可高達(dá)90°。
有益效果本發(fā)明提供了磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法將二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的酚類溶劑中反應(yīng)，將其溶解然后鋪膜，干燥后再浸入到乙醇中洗滌，除去溶劑，將其放入硫酸中浸泡去除掉叔胺，取出放入去離子水中反復(fù)浸泡，除去薄膜中過量的硫酸得棕黃色的磺化聚酰亞胺基體材料。所得到的基體材料進(jìn)行表面處理后，用[Pt(NH3)4]Cl2浸漬，用NaBH4還原，化學(xué)沉積兩次后，再用硝酸銀溶液浸漬，接著用NaBH4還原后化學(xué)沉積，用LiCl溶液離子交換，制得目標(biāo)材料。該材料的表面電阻為1—1.483Ω/cm2，在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度高達(dá)90°以上。

具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 將1，4，5，8—四酸萘二酐0.01mol(2.682g)、4，4’—二氨基二苯醚—2，2’—二磺酸0.005mol(1.802g)、4，4’—二氨基二苯醚0.005mol(1.000g)、苯甲酸0.013mol(1.587g)、三乙胺0.011mol(1.113g)、加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的20ml間甲酚中，升溫到80℃攪拌反應(yīng)5h，再升到180℃反應(yīng)8h，反應(yīng)冷卻厚沉入100ml丙酮中，充分洗滌后干燥，得到磺化聚酰亞胺物料。將其重新溶解于40mlN，N—二甲基乙酰胺中鋪膜，在60℃干燥2天，接著用200ml乙醇中充分洗滌，除去溶劑，將其放入500ml的硫酸(1mol/l)當(dāng)中10天進(jìn)行離子交換，去除掉三乙胺，取出放入500ml去離子水中浸泡3天，除掉膜中過量的硫酸即可得到磺化度為50％的宗黃色聚酰亞胺基體材料。其厚度為150μm。
將磺化聚酰亞胺基體材料兩側(cè)用砂紙打磨后在水中超聲清洗30分鐘，進(jìn)行預(yù)處理。在室溫下，將預(yù)處理過的基體材料放入500ml的四氯二胺合鉑(2mg/ml)溶液中浸泡12h。用200ml去離子水清洗兩次之后，將其放入500ml水中，加入30ml(NaBH45wt％)溶液中室溫下還原2h，完成鍍鉑過程。重復(fù)鍍鉑過程一次。在室溫下，所得到的材料浸入500ml硝酸銀溶液(5wt％)中放置，12h后用200ml水清洗，接著放到水中并加入30ml(NaBH45wt％)溶液，在室溫下還原30分鐘，用去離子水清洗。重復(fù)鍍銀一次，完成整個(gè)電鍍過程，得到最終的IPMC。所得到的IPMC材料電鍍層的厚度為15μm，其表面電阻為1.283Ω/cm2。
將IPMC材料剪切成0.5cm×2cm的條帶。取五片浸入到20ml的氯化鋰(1.5N)中進(jìn)行離子交換，室溫下放置3天，得到磺化聚酰亞胺基柔性制動(dòng)器。在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度可高達(dá)95°。
實(shí)施例2。
將1，4，5，8—四酸萘二酐0.01mol(2.682g)、4，4’—二氨基二苯醚—2，2’—二磺酸0.006mol(2.162g)、4，4’—二氨基二苯醚0.004mol(0.801g)、苯甲酸0.013mol(1.587g)、三乙胺0.013mol(1.315g)、加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的20ml間甲酚中，升溫到80℃攪拌反應(yīng)5h，再升到180℃反應(yīng)8h，反應(yīng)冷卻厚沉入100ml丙酮中，充分洗滌后干燥，得到磺化聚酰亞胺物料。將其重新溶解于40mlN，N—二甲基乙酰胺中鋪膜，在60℃干燥2天，接著用200ml乙醇中充分洗滌，除去溶劑，將其放入500ml的硫酸(1mol/l)當(dāng)中10天進(jìn)行離子交換，去除掉三乙胺，取出放入500ml去離子水中浸泡3天，除掉膜中過量的硫酸即可得到磺化度為60％的宗黃色聚酰亞胺基體材料。其厚度為120μm。
將磺化聚酰亞胺基體材料兩側(cè)用砂紙打磨后在水中超聲清洗30分鐘，進(jìn)行預(yù)處理。在室溫下，將預(yù)處理過的基體材料放入500ml的四氯二胺合鉑(2mg/ml)溶液中浸泡12h。用200ml去離子水清洗兩次之后，將其放入500ml水中，加入30ml(NaBH45wt％)溶液中室溫下還原2h，完成鍍鉑過程。重復(fù)鍍鉑過程一次。在室溫下，所得到的材料浸入500ml硝酸銀溶液(5wt％)中放置，12h后用200ml水清洗，接著放到水中并加入30ml(NaBH45wt％)溶液，在室溫下還原30分鐘，用去離子水清洗。重復(fù)鍍銀一次，完成整個(gè)電鍍過程，得到最終的IPMC。所得到的IPMC材料電鍍層的厚度為17μm，其表面電阻為1.043Ω/cm2。
將IPMC材料剪切成0.5cm×2cm的條帶。取五片浸入到20ml的氯化鋰(1.5N)中進(jìn)行離子交換，室溫下放置3天，得到磺化聚酰亞胺基柔性制動(dòng)器。在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度可高達(dá)100°。
實(shí)施例3 將1，4，5，8—四酸萘二酐0.01mol(2.682g)、4，4’—二氨基二苯醚—2，2’—二磺酸0.007mol(2.522g)、4，4’—二氨基二苯醚0.003mol(0.601g)、苯甲酸0.013mol(1.587g)、三乙胺0.015mol(1.518g)、加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的20ml間甲酚中，升溫到80℃攪拌反應(yīng)5h，再升到180℃反應(yīng)8h，反應(yīng)冷卻厚沉入100ml丙酮中，充分洗滌后干燥，得到磺化聚酰亞胺物料。將其重新溶解于40mlN，N—二甲基乙酰胺中鋪膜，在60℃干燥2天，接著用200ml乙醇中充分洗滌，除去溶劑，將其放入500ml的硫酸(1mol/l)當(dāng)中10天進(jìn)行離子交換，去除掉三乙胺，取出放入500ml去離子水中浸泡3天，除掉膜中過量的硫酸即可得到磺化度為70％的宗黃色聚酰亞胺基體材料。其厚度為130μm。
將磺化聚酰亞胺基體材料兩側(cè)用砂紙打磨后在水中超聲清洗30分鐘，進(jìn)行預(yù)處理。在室溫下，將預(yù)處理過的基體材料放入500ml的四氯二胺合鉑(2mg/ml)溶液中浸泡12h。用200ml去離子水清洗兩次之后，將其放入500ml水中，加入30ml(NaBH45wt％)溶液中室溫下還原2h，完成鍍鉑過程。重復(fù)鍍鉑過程一次。在室溫下，所得到的材料浸入500ml硝酸銀溶液(5wt％)中放置，12h后用200ml水清洗，接著放到水中并加入30ml(NaBH45wt％)溶液，在室溫下還原30分鐘，用去離子水清洗。重復(fù)鍍銀一次，完成整個(gè)電鍍過程，得到最終的IPMC。所得到的IPMC材料電鍍層的厚度為18μm，其表面電阻為1.483Ω/cm2。
將IPMC材料剪切成0.5cm×2cm的條帶。取五片浸入到20ml的氯化鋰(1.5N)中進(jìn)行離子交換，室溫下放置3天，得到磺化聚酰亞胺基柔性制動(dòng)器。在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度可高達(dá)103°。
權(quán)利要求
1.一種離子聚合物金屬復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟和條件如下
1)磺化聚酰亞胺基體材料的制備
化學(xué)反應(yīng)路線如下
式中，X的范圍是0.2-0.8；
所述的二酐是以下結(jié)構(gòu)式的二酐任意一種
1，4，5，8-四酸萘二酐 4，4’-聯(lián)萘-1，1’，8，8’-四酸二酐；
所述的磺化二胺為以下結(jié)構(gòu)式的磺化二胺任意一種
4，4’-二氨基二苯醚-2，2’-二磺酸4，4’-二氨基-1”，3”-二苯氧基聯(lián)苯-3”，3”’-二磺酸
4，4，-二氨基二苯甲烷-2，2，-二磺酸4，4’-二氨基-1”，4”-二苯氧基苯-2”-磺酸；
所述的二胺為以下結(jié)構(gòu)式的二胺的任意-種
4，4’-二氨基-1”，3”-二苯氧基聯(lián)苯 4，4’-二氨基二苯甲烷
4，4’-二氨基二苯醚 4，4’-二氨基聯(lián)苯 4，4’-二氨基-2，2’-雙三氟甲基聯(lián)苯
；
制備步驟如下將二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的間甲酚中，升溫到80℃攪拌反應(yīng)5h，再升到180℃反應(yīng)8h，反應(yīng)冷卻后沉入丙酮中，洗滌后干燥，得到磺化聚酰亞胺物料；將得到的磺化聚酰亞胺物料重新溶解于N，N—二甲基乙酰胺中鋪膜，在60℃干燥1—2天，接著在乙醇中洗滌，除去溶劑，放入1mol/l的硫酸當(dāng)中10天進(jìn)行離子交換，去除掉三乙胺，取出放入去離子水中浸泡3天，除掉膜中過量的硫酸，得到宗黃色聚酰亞胺基體材料；所述的二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺的摩爾比為1:x:1—x:1.3:1.1x:2.2x，其中，x為0.2-0.8；
2)化學(xué)沉積法制備磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料
將磺化聚酰亞胺基體材料兩側(cè)用砂紙打磨后在水中超聲清洗，進(jìn)行預(yù)處理；在室溫下，將預(yù)處理過的該基體材料放入2mg/ml的四氯二胺合鉑溶液中浸泡12h，用去離子水清洗之后，將其放入水中，加入5wt％NaBH4溶液中室溫下還原2h，完成一次鍍鉑過程；再重復(fù)鍍鉑過程一次；在室溫下，所得到的材料浸入硝酸銀溶液中放置12h后用水清洗，接著放到水中并加入5wt％NaBH4溶液，在室溫下還原30分鐘，用去離子水清洗，完成鍍銀過程；重復(fù)鍍銀一次；得到磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料，得到磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法，本發(fā)明提供了磺化聚酰亞胺金屬復(fù)合材料制備方法將二酐、磺化二胺、二胺、苯甲酸和三乙胺加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的酚類溶劑中反應(yīng)，將其溶解然后鋪膜，干燥后再浸入到乙醇中洗滌，除去溶劑，將其放入硫酸中浸泡去除掉叔胺，取出放入去離子水中反復(fù)浸泡，除去薄膜中過量的硫酸得棕黃色的磺化聚酰亞胺基體材料。所得到的基體材料進(jìn)行表面處理后，用[Pt(NH3)4]Cl2浸漬，用NaBH4還原，化學(xué)沉積兩次后，再用硝酸銀溶液浸漬，接著用NaBH4還原后化學(xué)沉積，用LiCl溶液離子交換，制得目標(biāo)材料。該材料的表面電阻為1-1.483Ω/cm2，在3V外加電壓下能夠?qū)崿F(xiàn)電形變，形變角度高達(dá)90°以上。
文檔編號(hào)B32B15/08GK101474904SQ200810051
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者喜 王, 李玉邯, 金日哲, 高連勛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所