Page 56 - 《精细化工》2023年第1期

·48· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

C—O—C 伸缩振动峰均向高波数方向偏移，这也表 TGA 和 DSC 曲线见图 7。从图 7a、b 可以看到，随
明 ZrO 2 的加入增强了 PI 分子骨架的振动。 着 ZrO 2 含量的增加，薄膜的初始分解温度（质量损
失 1%时的温度）由 PI 的 395 ℃升到 ZrO 2 (40)/PI
的 415 ℃，提高了 5%，且从图 7b 可以看出，薄膜
分解过程吸热峰也随着 ZrO 2 含量的增加而增大，表
明 ZrO 2 使 PI 薄膜的热稳定性提高。这是由于 ZrO 2
本身具有良好的耐高温特性，同时 ZrO 2 的引入也促
进了 PI 链的分子纠缠 [15] ，从而增加了分子结构的热
稳定性，提高了复合材料整体的耐热性能 [16-17] 。将
800 ℃下的样品残炭率进行对比发现，纯 PI 的残炭
率基本为 0，随着 ZrO 2 添加量的增加，样品残炭量
也依次增加，这也印证了 ZrO 2 纳米颗粒可以有效提

图 5 PI 与 ZrO 2 (m)/PI（m = 16、24、32、40）的 FTIR 高 PI 薄膜的耐热性能。
谱图
Fig. 5 FTIR spectra of PI film and ZrO 2 (m)/PI (m = 16, 24,
32, 40) films

图 6 是 PI 与 ZrO 2 (40)/PI 薄膜的断面 SEM 图。
从图 6a、b 可以看出，PI 断面处比较平滑，而 ZrO 2
(40)/PI 薄膜的断面在断口处有一些细微的隆起，顶
端出现了一些小颗粒（图 6c、d）。这可能是由于聚
酰亚胺链的相互纠缠而形成的 [15] ，小颗粒推测是
ZrO 2 。从图 6e、f 的元素面扫可以看出，Zr 元素均
匀分布于 PI 基底上。

注：图 a 中插图为各样品初始分解温度对比图
图 7 PI 以及 ZrO 2 (m)/PI（m = 16、24、32、40）薄膜的
TGA（a）和 DSC（b）曲线
Fig. 7 TGA (a) and DSC (b) curves of PI and ZrO 2 (m)/PI
(m = 16, 24, 32, 40) films

PI 及 ZrO 2 (m)/PI（m = 16、24、32、40）薄膜
的水接触角（CA）见图 8。从图 8 可以看出，未添
加 ZrO 2 的 PI 薄膜的水接触角为 57.1°，表现出较强
图 6 PI 断面（a、b）和 ZrO 2 (40)/PI 断面（c、d）的 SEM
的亲水性，这是因为聚酰亚胺本身存在亲水基团
图；ZrO 2 (40)/PI 断面处（图 c 中矩形）的 Zr（e）、
[18-20]
C（f）的 EDS 图 。随着 ZrO 2 含量的增加，ZrO 2 (m)/PI 薄膜的水
Fig. 6 Cross-section SEM images of PI(a, b) film and 接触角依次增大为 71.3°、80.5°、88.2°、91.7°，与
ZrO 2 (40)/PI film (c, d); EDS mapping of Zr (e) and PI 薄膜相比，ZrO 2 (40)/PI 薄膜的水接触角提高了
C (f) for ZrO 2 (40)/PI film marked in c
61%，疏水性增强。这可能是由于 ZrO 2 粒子表面的
2.4 PI 薄膜性能测试 羟基与 PI 中的亲水基团形成氢键 [10] ，降低了薄膜界
PI 及 ZrO 2 (m)PI（m = 16、24、32、40）薄膜的 面亲水基团的数量，疏水性能得到增强。