[發(fā)明專利]一種具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810838860.0
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN111286193B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鵬波;余智;吳鵬;陳少康;鄒華維
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08J9/28
• 代理公司: 成都高遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51222
• 代理人: 張娟;李高峽

本發(fā)明提供了一種具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠材料及其制備方法。本發(fā)明采用層層組裝法制備聚酰亞胺氣凝膠材料，由不同濃度的聚酰胺酸鹽的水溶液層層組裝構(gòu)成多層材料，采用冷凍液冷凍，控制冷凍方向，通過徑向冷凍、冷凍干燥及熱亞胺化，制得了具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠。制備出的氣凝膠材料具有梯度密度和孔徑，賦予材料獨特的性能，在隔熱防護、物質(zhì)吸附、物質(zhì)分離、電磁屏蔽材料、低介電材料、聲阻尼、催化劑和藥物載體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠材料。

背景技術(shù)

功能梯度材料（Functionally gradient material）是指材料的微觀要素（組成和結(jié)構(gòu)）在某特定方向上呈連續(xù)（或準(zhǔn)連續(xù)）的梯度變化，從而使材料的宏觀性能也在同一方向上呈連續(xù)（或準(zhǔn)連續(xù)）梯度變化的一種非均質(zhì)材料。聚合物梯度材料（Polymer gradientmaterial）是從功能梯度材料概念出發(fā)，將不同聚合物或者聚合物與其它材料，通過特殊制備技術(shù)復(fù)合制得的新型功能梯度材料，其結(jié)構(gòu)或組成沿著某一方向逐漸變化，從而導(dǎo)致材料性質(zhì)也逐漸變化。作為聚合物梯度材料中的一類，聚合物梯度多孔材料的密度或孔徑大小等沿著某一方向呈梯度分布，其性能可通過微觀結(jié)構(gòu)的不同梯度變化予以調(diào)控。獨特的結(jié)構(gòu)與優(yōu)越的性能使其在航空航天、生物醫(yī)藥、減振降噪等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

聚酰亞胺（PI）氣凝膠是以聚酰亞胺材料為主體的有機氣凝膠，具有良好的韌性，低熱導(dǎo)率、低介電和優(yōu)異的耐熱性能。冷凍法制備PI氣凝膠是以聚酰胺酸（PAA）銨鹽水溶液為前驅(qū)體，通過冷凍降溫使水和聚合物發(fā)生相分離，溶液中的水形成冰晶，聚酰胺酸銨鹽（PAS）形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過冷凍干燥，冰晶占據(jù)的空間成為孔洞，PAS再經(jīng)過熱亞胺化得到PI氣凝膠。作為一種制備PI氣凝膠的新方法，冷凍法制備PI氣凝膠受到眾多科研人員的關(guān)注。Zhang L，Wu J T，Zhang X M，etc. Multifunctional, marvelous polyimideaerogels as highly efficient and recyclable sorbents [J]. RSC Adv., 2015，5，12592-12596.使用冷凍法制備了PI氣凝膠材料。他們首先制備了聚酰胺酸銨鹽水溶液，然后在-18℃的冰箱中冷凍、冷凍干燥、熱亞胺化得到PI氣凝膠材料。該氣凝膠材料具有良好的吸附性能。

冷凍法制備氣凝膠方法簡單，成本低，水作溶劑無毒環(huán)保，是一種十分有價值的氣凝膠制備方法。目前還沒有采用冷凍法制備具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開一種具有可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述聚酰亞胺氣凝膠材料的制備方法。

本發(fā)明提供了一種可控梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

（1）將聚酰胺酸加入到去離子水中，然后滴加有機堿并攪拌，配制成聚酰胺酸鹽的水溶液；

（2）將步驟（1）制備的某一濃度的聚酰胺酸鹽的水溶液倒入模具中，再將其放入裝有-10℃~ -80℃的冷凍液的容器中冷凍，凍成固體后得到多層材料的第一層；采用熱風(fēng)使凍好的固體表層熔化，將另一濃度的聚酰胺酸鹽的水溶液倒入模具中，再將其放入裝有-10℃~ -80℃的冷凍液的容器中冷凍，凍成固體后得到多層材料的第二層；依照此方法進行層層組裝，得到由不同濃度的聚酰胺酸鹽的水溶液構(gòu)成的多層材料，然后冷凍干燥，升溫至270±5℃進行熱亞胺化，得到具有梯度密度和孔徑的聚酰亞胺氣凝膠材料；

步驟（1）中，聚酰胺酸與水質(zhì)量比為2:98~15:85，聚酰胺酸與有機堿的質(zhì)量比為：1:0.397~0.793。

進一步地，步驟（1）中，所述的有機堿選自三乙醇胺、三乙胺、三丙胺、喹啉、三乙烯二胺、三正丁胺，優(yōu)選為三乙胺；