[發(fā)明專利]一種功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011257039.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112500565B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔升;宋梓豪;王雪;趙一帆;黃龍金;劉偉;袁美玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);宿遷市南京工業(yè)大學(xué)新材料研究院
• 主分類號(hào): C08G73/10
• 分類號(hào): C08G73/10;C08J9/28;C08J3/24;C08L79/08;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

一種功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備方法，采用酰胺化改性的二維長(zhǎng)徑比大納米碳材料作為交聯(lián)劑，通過(guò)兩步法和溶膠?凝膠法制備出功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠，既解決了聚酰亞胺氣凝膠的收縮率的問(wèn)題，又進(jìn)一步提高了材料的隔熱能力。所制得的材料具有良好的穩(wěn)定性，可用于高端隔熱材料等領(lǐng)域。所制得的功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠的密度為0.052?0.078g/cm³，抗壓強(qiáng)度為0.3?1.1MPa，體積收縮率為7.22％?15.63％，熱導(dǎo)率為0.0152?0.021W/(m·K)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米多孔材料的制備工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種低密度、低收縮率、高比表面積、并具有低熱導(dǎo)率的功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備方法。

背景技術(shù)

聚酰亞胺(PI)分子鏈中具有獨(dú)特的酰亞胺環(huán)和酰亞胺雜環(huán)結(jié)構(gòu)，因此PI材料擁有多種優(yōu)良的性能，例如高力學(xué)強(qiáng)度，低介電常數(shù)，同時(shí)耐化學(xué)性和耐溫性都非常優(yōu)異，是近年來(lái)高性能工程材料的研究熱點(diǎn)。氣凝膠是一種多孔納米材料，由于其孔結(jié)構(gòu)均一且孔隙率高，氣凝膠擁有許多獨(dú)特的宏觀特點(diǎn)，例如超低的熱導(dǎo)率和密度，高比表面積等，從而在保溫隔熱、催化載體、化學(xué)吸附和電氣等方面有良好的應(yīng)用。而PI氣凝膠作為兩種高性能材料的結(jié)合體，擁有兩種材料各自的特點(diǎn)，從而處于聚合物氣凝膠研究的熱點(diǎn)方向，在航空航天、高端兵器等領(lǐng)域擁有廣大的應(yīng)用前景。

北京理工大學(xué)的梁祎采用化學(xué)改性氧化石墨烯作為交聯(lián)劑制得了m-GO交聯(lián)的PI氣凝膠，該材料的收縮率為25％，熱導(dǎo)率為0.0318W/(m·K)，密度為0.12g/cm³。但由于網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)性和有限的交聯(lián)密度并沒(méi)有很好地解決PI氣凝膠體積收縮現(xiàn)象嚴(yán)重，易吸濕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌陷而失效等問(wèn)題，因此采用二維長(zhǎng)徑比大納米碳材料作為聚酰亞胺氣凝膠的交聯(lián)劑，旨在解決目前所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，使其在航空航天、高端科技等領(lǐng)域獲取更大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠隔熱材料的制備方法，其具體步驟如下：

(1)交聯(lián)劑的改性

量取交聯(lián)劑放入容器中，加入硝酸，水浴攪拌，趁熱抽濾、沉淀，將沉淀置于真空干燥箱中真空干燥得到氧化改性的交聯(lián)劑；將上述氧化改性得到的交聯(lián)劑配制成一定濃度的NMP溶液，用超聲波細(xì)胞破碎機(jī)超聲后加入改性劑，在一定溫度下冷凝回流后，倒入離心管中，離心去掉上層液體，得到黑色的沉淀，置于真空干燥箱中干燥，得到酰胺化改性的交聯(lián)劑粉體；

(2)功能化交聯(lián)型聚酰亞胺懸浮液的凝膠

稱取一定質(zhì)量的二胺于燒杯中，加入NMP，攪拌至完全溶解后加入二酐攪拌得到懸浮液；量取步驟(1)中的酰胺化改性的交聯(lián)劑粉體分散于NMP溶液中得到混合溶液，用超聲波細(xì)胞破碎機(jī)超聲后加入上述懸浮溶液中攪拌均勻；再分別加入乙酸酐和吡啶，攪拌均勻靜置使其凝膠；

(3)功能化交聯(lián)型聚酰亞胺凝膠的老化及干燥

將步驟(2)所制得的功能化交聯(lián)型聚酰亞胺凝膠用不同體積分?jǐn)?shù)的NMP的無(wú)水乙醇溶液進(jìn)行老化，老化時(shí)間4-5天，期間每8-10h換一次老化液，干燥，得到聚酰亞胺氣凝膠；

(4)升溫干燥

將步驟(3)中初步形成的聚酰亞胺氣凝膠放入真空干燥箱中干燥，得到功能化交聯(lián)型聚酰亞胺氣凝膠材料。

優(yōu)選步驟(1)中所述的交聯(lián)劑為納米碳纖維、碳納米管或石墨烯；所使用的改性劑為4-氨基-N-(4-氨基苯基)-苯甲酰胺(DABA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、1,3-丙二胺或均苯四甲酸二酐(PMDA)中的一種。

優(yōu)選步驟(1)中所述的交聯(lián)劑和硝酸的質(zhì)量比為1:(34-40)；氧化改性的交聯(lián)劑粉體的NMP溶液濃度為1-2mg/ml；氧一般為99％。