[發明專利]一種多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料及其制備

有效

• 申請號: 202010472223.3
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111548529B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉天西;蒲磊;王子成;樊瑋;侯豪情
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08J9/42
• 分類號: C08J9/42;C08J9/40;C08J9/36;C08L79/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料及其制備，屬于多孔泡沫材料技術領域。本發明以聚酰亞胺泡沫為骨架，采用分級真空浸漬負載不同濃度比的氧化石墨烯和聚酰胺酸的混合物(第二級)以及氧化石墨烯(第三級)，冷凍干燥及熱處理等技術制備具有多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫。本發明所制備的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫的結構穩定，收縮率低，熱穩定性高，在保持良好的隔熱和熱穩定性能的情況下實現了對入射電磁波的有效吸收，并且具有較寬的頻帶寬度。其綜合性能優異，制備過程簡單易操作，綠色環保，拓寬了聚酰亞胺泡沫的應用范圍。

技術領域

本發明涉及一種多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料及其制備，屬于多孔泡沫材料技術領域。

背景技術

泡沫材料是指由多種微孔固體組成，且分散相為氣體的多孔材料。具有密度低、比表面積高、孔道結構豐富且穩定，組分可調節，性能多變等特點，在建筑、汽車、航空航天、家用電器、石化工廠、戶外運動、電磁屏蔽以及電磁吸收等許多領域都有很好的應用前景。

而對于聚酰亞胺泡沫來說，其具有本征電絕緣特性，因此對電磁波的反射損耗較差，不具備良好的電磁吸收能力，因此可以通過添加導電石墨烯制備復合泡沫來調節其阻抗匹配特性從而獲得具有良好的電磁吸收性能，然而石墨烯/聚酰亞胺復合材料因其組分阻抗特性單一導致復合材料的微波吸收頻帶寬度相對較窄。此外，在建筑電磁防護材料領域，除了要求材料具有良好的電磁防護能力外，還需要其具有一定的隔熱能力；在飛機等電磁防護材料領域，除了要求材料輕質以外，還要求材料具有一定的耐熱能力。

發明內容

【技術問題】

聚酰亞胺泡沫本征電絕緣特性，不具備微波吸收能力，與導電石墨烯復合獲得具有良好微波吸收性能的石墨烯/聚酰亞胺復合材料，然而因其組分阻抗特性單一導致復合材料的微波吸收頻帶寬度相對較窄。此外，若期望將該石墨烯/聚酰亞胺復合材料應用于建筑、飛機等電磁防護材料領域，還要求材料具備一定的隔熱和耐熱能力。

【技術方案】

為解決上述問題，本發明提供了一種具有多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料及其制備方法，本發明中的泡沫材料克服了現有聚酰亞胺基復合泡沫材料微波吸收能力不足的缺點，并兼具了優異的隔熱和耐熱性能。

本發明以聚酰亞胺泡沫為骨架，采用分級真空浸漬負載不同濃度比的氧化石墨烯和聚酰胺酸的混合物(第二級)以及氧化石墨烯(第三級)，冷凍干燥及熱處理等技術制備具有多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫。一方面，聚酰亞胺泡沫作為骨架具有豐富的孔道結構，優異的力學穩定性以及良好的隔熱性能；另一方面，通過分級浸漬負載不同濃度比的氧化石墨烯和聚酰胺酸的混合物以及氧化石墨烯，并將其進行熱處理，可以調節復合泡沫的阻抗分布特性，提升其對進入泡沫骨架結構的電磁波的多級衰減能力，從而使得復合泡沫具有優異的寬頻強微波吸收能力。與此同時，將添加的氧化石墨烯進行熱處理還原為還原氧化石墨烯后還能進一步提升復合泡沫的熱穩定性。

具體地，本發明的第一個目的是提供一種制備具有多級結構的聚酰亞胺基石墨烯復合泡沫材料的方法，所述方法的步驟如下：

(1)制備聚酰亞胺泡沫：將水溶性聚酰胺酸預聚體、水、三乙胺混勻，進行溶膠凝膠反應后得到聚酰胺酸水凝膠，將上述聚酰胺酸水凝膠進行冷凍干燥，隨后進行熱處理，得到聚酰亞胺泡沫；

(2)制備兩級聚酰亞胺-石墨烯/聚酰亞胺復合泡沫：將氧化石墨烯分散在水中得到氧化石墨烯分散液，將水溶性聚酰胺酸預聚體溶于水中得到聚酰胺酸溶液，將氧化石墨烯分散液和聚酰胺酸溶液攪拌混合，并采用真空浸漬法將步驟(1)制得的聚酰亞胺泡沫浸沒在混合液中，待吸附飽和后對其進行冷凍干燥和熱處理，得到兩級聚酰亞胺-石墨烯/聚酰亞胺復合泡沫；