[發明專利]一種各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201810351302.1
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108456326B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 樊瑋;張翔;劉天西;張祎
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/075;C08L1/02;C08L79/08;C08G73/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

本發明提供了一種各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠，其特征在于，其制備方法包括雙向冷凍。本發明所制備的各向異性的聚酰亞胺/細菌纖維素氣凝膠質量小，強度高，在特定方向的導熱系數極低，使用可再生的綠色環保材料?細菌纖維素，制備過程簡單易操作，成本低，綠色環保，可適用于多種隔熱場景。

技術領域

本發明涉及隔熱保溫材料領域，具體是涉及一種具有超隔熱功能的各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是由高聚物分子或膠體粒子相互聚結構成連續的多孔三維骨架網絡結構，并在孔隙中充滿氣態分散介質的一種高分散固態材料，其具有密度低、比表面積高、熱導率低等特點，在航空航天、石油化工、汽車工業、建筑保溫等領域有廣闊的前景。

各向異性隔熱材料主要受隔熱場景的方向性啟發而產生，通過雙向冷凍復合水凝膠的方法，調控氣凝膠孔的結構與方向性，產生一定的取向，賦予氣凝膠各向異性，在特定方向上的導熱系數降至極低，在此方向上去隔絕熱量的傳遞，極大地增強了氣凝膠隔熱保溫的性能，拓寬其潛在應用前景。

聚酰亞胺(Polyimide)是一種具有成型加工性能好、機械強度高、熱穩定性好等優點的特種工程塑料，廣泛應用于國民經濟的各個領域。細菌纖維素(Bacterial cellulose)具有高度發達的精細網絡織態結構，其纖維由直徑3～4納米的微纖和40～60納米的纖維束組成，進一步增加了氣凝膠中的空隙，降低導熱系數。細菌纖維素價廉可再生，綠色環保，其本身有很好的生物相容性，增強了本發明的經濟性和實用性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備過程簡單、成本低廉、綠色環保、隔熱保溫性能優良的細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠，其特征在于，其制備方法包括雙向冷凍。

優選地，所述的各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠在與冷凍方向垂直的方向上的導熱系數低于0.030W/(mK)。

本發明還提供了上述的各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括：制備細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠；將所得的細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠置于模具中用液氮雙向冷凍，再置于冷凍干燥機中干燥；進行熱亞胺化，得到各向異性細菌纖維素/聚酰亞胺氣凝膠。

優選地，所述的雙向冷凍包括將細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠置于雙向冷凍用的模具內，模具的下端為斜面，模具的下側設有一支撐件，該支撐件的上端與該斜面接觸，下端與銅塊的上端接觸，將銅塊的下端置于液氮中，使模具中的細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠完全冷凍。

更優選地，所述的模具為聚苯乙烯材質，支撐件為由聚二甲基硅氧烷制成的實心三棱柱。

優選地，所述的細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠的制備方法包括：將細菌纖維素置于去離子水中，超高速分散得到微米級長度纖維狀的細菌纖維素分散液；將水溶性聚酰胺酸和三乙胺溶于細菌纖維素分散液中，均勻混合，經過溶膠凝膠過程，得到細菌纖維素/聚酰胺酸水凝膠。

更優選地，所述的水溶性聚酰胺酸的制備方法包括：先將合成聚酰亞胺的單體二元胺溶于極性溶劑，再加入另一種單體二元酐，在冰水浴中聚合反應一段時間后加入三乙胺，繼續反應一段時間，制備得到聚酰胺酸溶液；將此聚酰胺酸溶液緩慢倒入去離子水中沉析得到聚酰胺酸纖維，再將聚酰胺酸纖維冷凍干燥，即可得到水溶性聚酰胺酸。此方法參考專利《一種具有自修復功能的氧化石墨烯/聚酰胺酸水凝膠及其制備方法》。(CN107337927A)

更優選地，所述的合成水溶性聚酰胺酸的二元胺單體為4，4’-二氨基二苯醚(ODA)；所述二元酐單體為均苯四甲酸二酐(PMDA)。

更優選地，所述的合成水溶性聚酰胺酸的極性溶劑為二甲基乙酰胺(DMAc)。