[發明專利]一種孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811108766.6
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109180992B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 劉鵬波;陳少康;吳鵬;余智;鄒華維
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L79/08
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 張娟;魏靜

本發明提供了一種孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料及其制備方法。本發明采用定向冷凍法制備聚酰亞胺氣凝膠材料，采用冷凍介質冷凍，控制冷凍方向，通過定向冷凍、冷凍干燥及熱亞胺化，制備出孔徑沿著冷凍方向梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料，賦予材料獨特的功能。該聚酰亞胺氣凝膠材料在物質吸附、物質分離、低介電材料、隔熱防護、聲阻尼、催化劑和藥物載體等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于氣凝膠材料領域，具體涉及一種孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料。

背景技術

1984 年日本的新野正之、平井敏雄等材料學家們首次提出了“功能梯度材料”（Functionally Gradient Material，簡稱FGM）的概念，指出通過設計使材料的組成以及結構表現出不均勻性、不對稱性，即沿著某一方向產生梯度變化。從功能梯度材料概念出發，一類新的功能梯度材料——梯度多孔材料（Gradient Porous Material，GPM），顯示出獨特的性能，在武器裝備、航空航天、生物醫藥、減振降噪等諸多領域都具有廣闊的應用前景。梯度多孔材料的密度或泡孔孔徑沿著某一方向梯度分布，其性能可通過微觀結構的不同梯度變化予以調控。

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，具有低密度、高孔隙率、低熱導率，且兼具良好的韌性、高熱穩定性、耐輻射、難燃等特性。冷凍法制備PI氣凝膠是以聚酰胺酸（PAA）銨鹽水溶液為前驅體，通過冷凍降溫使水和聚合物發生相分離，溶液中的水形成冰晶，聚酰胺酸銨鹽（PAS）形成三維網絡結構。通過冷凍干燥，冰晶占據的空間成為孔洞，PAS再經過熱亞胺化得到PI氣凝膠。

冷凍法制備氣凝膠方法簡單，成本低，水作溶劑無毒環保，是一種十分有價值的氣凝膠制備方法。目前還沒有采用定向冷凍法制備孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠的報道。

發明內容

本發明的目的在于公開一種低密度的孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料。本發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。

本發明提供了一種孔徑梯度變化的聚酰亞胺氣凝膠材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將聚酰胺酸粉末加入到去離子水中，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）制備的聚酰胺酸鹽的水溶液倒入模具中，再將其放入裝有-20℃~ -78.5℃的冷凍介質的容器中，僅使模具底部與冷凍介質接觸，進行定向冷凍，模具周邊的環境溫度為-20~0℃。當模具中的聚酰胺酸鹽的水溶液凍成固體后，冷凍干燥，然后升溫至270±5℃進行熱亞胺化，得到聚酰亞胺氣凝膠材料；

步驟（1）中，聚酰胺酸與水的質量比為2:98~15:85，聚酰胺酸與有機堿的質量比為：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，優選為三乙胺；

進一步地，所述的聚酰胺酸與水的質量比范圍為4:96~12:88；

進一步地，所述的聚酰胺酸與有機堿的質量比為1:0.476。

進一步地，在步驟（2）中，所述的冷凍介質為：干冰、干冰與甲醇混合物、干冰與丙酮混合物、干冰與乙醇混合物、干冰與正丙醇混合物、干冰與正丁醇混合物，優選為干冰；

進一步地，所述的冷凍溫度為-25℃ ~ -78℃；

進一步地，所述的冷凍干燥條件為：-40~-50℃，壓力10~20Pa，72~80h；