一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层及其制备方法

本发明涉及高分子材料，特别涉及一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、二维聚合物材料是一类由结构单元通过面内共价键连接而成的二维有机高分子材料，兼具了二维材料（高比表面积和片层结构等）的结构特征与聚合物材料的可设计性，在分离、催化、传感、复合增强等领域展现出重要的研究价值。其中，二维酰胺聚合物是将酰胺键引入二维聚合物骨架中的一种新型二维聚合物材料，在保持二维平面延展结构的同时，赋予材料更高的骨架刚性、优异的机械性能以及良好的阻隔性能。

2、然而，目前对于二维酰胺聚合物的应用研究仍主要集中于分离、吸附、催化等技术领域，对于二维酰胺聚合物在防腐隔绝方面的应用开发仍然处于空白状态：

3、由于二维酰胺聚合物在不可逆合成过程中容易导致其结构缺陷增多、局部无序以及片层重叠团聚的问题，因此，单独应用二维酰胺聚合物作为防腐涂层时的独立成膜性不足；复合其他材料应用在防腐涂层时，二维酰胺聚合物则难以在涂层中形成均匀的分布，较多的结构缺陷和局部无序结构也导致复合涂层容易发生脆性开裂，获得的防腐涂层的防腐性能也较低。

技术实现思路

1、针对背景技术提出的问题，本发明的主要目的在于提出一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，二维酰胺聚合物的结构缺陷少并形成有序的二维骨架，且二维酰胺聚合物能够在聚酰亚胺基底的体系中更加均匀地分散，得到的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的结构均匀致密、且防腐性能较高，解决了现有技术中单独应用二维酰胺聚合物作为防腐涂层时的独立成膜性不足，复合其他材料应用时二维酰胺聚合物难以在涂层中形成均匀的分布，获得的防腐涂层容易发生脆性开裂且防腐蚀性能较低的问题。

2、本发明的另一个目的在于提出一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，用于制备上述任意一项二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，制备得到的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的结构均匀致密、且防腐性能较高。

3、为实现上述目的，本发明提出一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，包括以下原料：聚酰亚胺基底和二维酰胺聚合物；所述聚酰亚胺基底的制备原料包括：4,4'-二氨基苯酰替苯胺、均苯四甲酸酐和反应溶剂a；以重量百分数计，所述二维酰胺聚合物的掺杂量为所述4,4'-二氨基苯酰替苯胺、所述均苯四甲酸酐和所述二维酰胺聚合物含量之和的1%~9%；所述二维酰胺聚合物的制备原料包括：三聚氰胺、1,3,5-苯三甲酰氯、氢化钙和反应溶剂b。

4、可选地，以重量百分数计，所述二维酰胺聚合物的掺杂量为所述4,4'-二氨基苯酰替苯胺、所述均苯四甲酸酐和所述二维酰胺聚合物含量之和的3%~7%。

5、可选地，所述三聚氰胺、所述1,3,5-苯三甲酰氯和所述氢化钙的投料摩尔比为1:1:3。

6、可选地，所述反应溶剂a为n,n-二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

7、可选地，所述反应溶剂b为n-甲基-2-吡咯烷酮和吡啶的混合溶液，所述n-甲基-2-吡咯烷酮和吡啶的体积比为9:1。

8、本发明还提出一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，用于制备如上述任意一项所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，所述二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法包括以下步骤：制备二维酰胺聚合物：依次混合三聚氰胺、1,3,5-苯三甲酰氯和氢化钙，加入反应溶剂b后搅拌，反应直至反应体系从液体转变为胶体；对所述胶体进行洗涤纯化、干燥后获得二维酰胺聚合物粉末；制备聚酰亚胺基底：加入4,4'-二氨基苯酰替苯胺与反应溶剂a，搅拌直至所述4,4'-二氨基苯酰替苯胺溶解，加入均苯四甲酸酐继续搅拌，得到聚酰亚胺基底溶液；将所述聚酰亚胺基底溶液和所述二维酰胺聚合物粉末混合并搅拌，得到二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液；以重量百分数计，所述二维酰胺聚合物的掺杂量为所述4,4'-二氨基苯酰替苯胺、所述均苯四甲酸酐和所述二维酰胺聚合物含量之和的1%~9%；将所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液涂覆于金属基体后进行热亚胺化处理，冷却后于所述金属基体表面制备得到二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层。

9、可选地，所述制备二维酰胺聚合物的步骤中，依次混合三聚氰胺、1,3,5-苯三甲酰氯和氢化钙并加入反应溶剂b后，于常温常压下搅拌反应，直至反应体系从液体转变为胶体；依次使用无水乙醇、去离子水和丙酮对所述胶体进行洗涤纯化以获得洗涤纯化后的中间产物，所述洗涤纯化的步骤为依次进行水浴超声、离心和收集固体，对所述中间产物进行干燥，获得所述二维酰胺聚合物粉末。

10、可选地，以质量百分数计，所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液的固含量为10%。

11、可选地，将涂覆有所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液的所述金属基体进行热亚胺化处理的步骤包括：以5℃/分钟的升温速率将热亚胺化的烧结温度由室温依次升温至70、100、150、250和300℃，各烧结温度下均分别保温1h，冷却至室温后即于所述金属基体表面制备得到所述二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层。

12、可选地，将所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液涂覆于金属基体前还包括以下步骤：对所述金属基体进行清洗、干燥及等离子体处理。

13、与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：

14、本发明的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层通过将二维酰胺聚合物引入到含有酰胺键的聚酰亚胺基底中，并合理调控二维酰胺聚合物的添加量，有效削弱二维酰胺聚合物的二维片层结构之间原有的团聚趋势，使得二维酰胺聚合物能够在聚酰亚胺基底的体系中更加均匀地分散；二维酰胺聚合物通过引入氢化钙减少二维酰胺聚合物的结构缺陷并形成有序的二维骨架，降低二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层出现脆性开裂的风险；通过充分利用二维酰胺聚合物独特的片层屏蔽效应与传质阻隔能力，并协同聚酰亚胺基底优良的耐热性、力学性能以及化学稳定性，协同提升复合涂层对于腐蚀介质的屏蔽性能，制备得到的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的结构均匀致密、且防腐性能较高；解决了现有技术中，单独应用二维酰胺聚合物作为防腐涂层时的独立成膜性不足，复合其他材料应用时二维酰胺聚合物难以在涂层中形成均匀的分布，获得的防腐涂层容易发生脆性开裂且防腐蚀性能较低的问题。

1.一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，包括以下原料：聚酰亚胺基底和二维酰胺聚合物；

2.根据权利要求1所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，以重量百分数计，所述二维酰胺聚合物的掺杂量为所述4,4'-二氨基苯酰替苯胺、所述均苯四甲酸酐和所述二维酰胺聚合物含量之和的3%~7%。

3.根据权利要求1所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，所述三聚氰胺、所述1,3,5-苯三甲酰氯和所述氢化钙的投料摩尔比为1:1:3。

4.根据权利要求1所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，所述反应溶剂a为n,n-二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

5.根据权利要求1所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，所述反应溶剂b为n-甲基-2-吡咯烷酮和吡啶的混合溶液，所述n-甲基-2-吡咯烷酮和吡啶的体积比为9:1。

6.一种二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，用于制备如权利要求1~5任意一项所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层，其特征在于，所述二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备二维酰胺聚合物的步骤中，依次混合三聚氰胺、1,3,5-苯三甲酰氯和氢化钙并加入反应溶剂b后，于常温常压下搅拌反应，直至反应体系从液体转变为胶体；

8.根据权利要求6所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，其特征在于，以质量百分数计，所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液的固含量为10%。

9.根据权利要求6所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，其特征在于，将涂覆有所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液的所述金属基体进行热亚胺化处理的步骤包括：

10.根据权利要求6所述的二维酰胺聚合物-聚酰亚胺复合涂层的制备方法，其特征在于，将所述二维酰胺聚合物复合聚酰胺酸溶液涂覆于金属基体前还包括以下步骤：对所述金属基体进行清洗、干燥及等离子体处理。