[發(fā)明專利]一種聚酰亞胺氣凝膠的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710032418.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106750493B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張清華;董杰;吳婷婷;趙昕;甘鋒;方玉婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J9/28
• 分類號(hào): C08J9/28;C08J3/24;C08G73/10
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);魏峯

本發(fā)明涉及一種聚酰亞胺氣凝膠的制備方法，包括：在惰性氣體氛圍下，將二酐和二胺單體溶解在溶劑中，室溫?cái)嚢瑁缓笤俦嚢瑁玫絇AA溶液，然后加入NH₂?HBPSiF，得到混合溶液，攪拌4～8h，得到凝膠狀物質(zhì)；然后加入吡啶和乙酸酐溶液，55～65℃下攪拌5～15min，密閉條件下靜置，得到聚酰亞胺濕凝膠；利用逐級(jí)稀釋法對(duì)聚酰亞胺濕凝膠進(jìn)行溶劑置換，然后進(jìn)行CO₂超臨界干燥，即得。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、交聯(lián)密度可控，尤其是適用于制備具有超疏水及低介電特征的聚酰亞胺氣凝膠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠的制備領(lǐng)域，特別涉及一種聚酰亞胺氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

氣凝膠材料是世界上已知密度最低的人造發(fā)泡物質(zhì)，其內(nèi)部分散介質(zhì)為氣體，密度可低至0.002g/cm³。獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)賦予了該類材料諸多特殊的性能，例如極低的熱導(dǎo)率，室溫真空熱導(dǎo)率可達(dá)到0.001W/(m.K)，作為隔熱材料，氣凝膠已成功應(yīng)用于雙面窗、航空設(shè)備的艙板等。此外，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展氣凝膠材料在Carenkov探測(cè)器、聲阻抗耦合材料、催化劑及載體及高效可充電電池等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前。氣凝膠的種類主要包括SiO₂、聚氨酯(PU)、環(huán)氧樹脂、纖維素等，這類氣凝膠材料主要通過(guò)冷凍干燥工藝制備，在成形過(guò)程中氣凝膠的分形結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)骨架與分子間的相互作用等對(duì)材料最終的微結(jié)構(gòu)及性能具有重要的影響。聚酰亞胺作為高性能聚合物家族的一員，已被制作成樹脂、薄膜、纖維及粘結(jié)劑等材料，應(yīng)用于高溫過(guò)濾、復(fù)合材料、特種防護(hù)等方面，被稱為材料界“解決問(wèn)題之王”。由于其極佳的耐高溫、高強(qiáng)度高模量、耐輻照等特性，聚酰亞胺氣凝膠近年來(lái)已引起研究者們的興趣，該領(lǐng)域的突破將使得該類材料在極端環(huán)境、太空探索、航天設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，解決傳統(tǒng)氣凝膠材料耐高溫、耐輻照性能、力學(xué)性能不佳等難題。聚酰亞胺氣凝膠材料中分子鏈的骨架結(jié)構(gòu)、交聯(lián)劑種類、交聯(lián)密度等因素對(duì)氣凝膠的收縮率、孔隙率、密度及力學(xué)性能等有重要影響。此外，當(dāng)聚酰亞胺氣凝膠作為濾波材料應(yīng)用于雷達(dá)罩、天線罩等設(shè)備時(shí)，要求其具備極低的吸水率和較低的介電常數(shù)，以滿足良好的電磁波傳輸性能。傳統(tǒng)的聚酰亞胺氣凝膠多采用1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAB)等三胺類交聯(lián)劑，該類單體價(jià)格昂貴，交聯(lián)密度受單體反應(yīng)活性的影響，制約著該類交聯(lián)劑的大規(guī)模應(yīng)用。如何有效調(diào)控聚酰亞胺本體分子鏈的剛?cè)嵝裕⒉捎脙r(jià)格適中的交聯(lián)劑，實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺氣凝膠內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的有效控制，制備集高孔隙率、低導(dǎo)熱率、耐高溫、力學(xué)性能優(yōu)異、低吸水率及優(yōu)異介電性能等特征于一體的聚酰亞胺氣凝膠是該領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種聚酰亞胺氣凝膠的制備方法，該方法采用含氟超支化氨基硅氧烷交聯(lián)劑制備的聚酰亞胺氣凝膠，工藝簡(jiǎn)單、交聯(lián)密度可控，尤其是適用于制備具有超疏水及低介電特征的聚酰亞胺氣凝膠。

本發(fā)明的一種聚酰亞胺氣凝膠的制備方法，包括：

(1)在惰性氣體氛圍下，將二酐和二胺單體溶解在溶劑中，室溫?cái)嚢?h，然后再冰水浴攪拌4～8h(優(yōu)選6h)，得到粘稠狀的聚酰胺酸PAA溶液，然后緩慢加入交聯(lián)劑含氟超支化氨基硅氧烷NH₂-HBPSiF(溶于NMP溶劑中)，得到混合溶液，攪拌4～8h(優(yōu)選6h)，得到凝膠狀物質(zhì)；然后加入吡啶和乙酸酐溶液，55～65℃下攪拌5～15min(優(yōu)選60℃攪拌5h)，密閉條件下靜置，得到聚酰亞胺濕凝膠；

(2)利用逐級(jí)稀釋法對(duì)步驟(1)中的聚酰亞胺濕凝膠進(jìn)行溶劑置換，然后進(jìn)行CO₂超臨界干燥，得到聚酰亞胺氣凝膠；其中，CO₂超臨界干燥的條件為：干燥溫度為25-50℃，壓力為8～10MPa，干燥時(shí)間為8～16h。

所述步驟(1)中二酐和二胺的摩爾比為5～10：4～9；溶劑為N-甲基-吡咯烷酮NMP。