[發(fā)明專利]一種聚甲基丙烯酰亞胺雜化氣凝膠的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011414905.5
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112521653B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張競;張宏禮;吳義民;顏廷輝;湯繼俊
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L33/02;C08L33/18;C08K3/34
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明公開了一種聚甲基丙烯酰亞胺雜化氣凝膠的制備方法，屬于氣凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域。以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈為單體，聚合制備聚甲基丙烯酰亞胺預(yù)聚物；制成PMI預(yù)聚物季胺鹽；分離PMI預(yù)聚物季胺鹽，反復(fù)洗滌，并干燥處理；制備共分散劑混合液；制得鈉基蒙脫土懸浮液；再制備水溶液；將水溶液置于低溫下冷凍凝固；凝固后干燥，干燥后得到PMI預(yù)聚物季胺鹽雜化氣凝膠；處理后，得到PMI/鈉基蒙脫土/共分散劑雜化氣凝膠。相較于純PMI氣凝膠，PMI/Na?MMT/共分散劑雜化氣凝膠具有更低的體積收縮率；相較于純PMI氣凝膠，PMI/Na?MMT/共分散劑雜化氣凝膠具有更好的阻燃性能。共分散劑可以與鈉基蒙脫土產(chǎn)生協(xié)效阻燃作用，共同提升PMI氣凝膠阻燃性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚甲基丙烯酰亞胺雜化氣凝膠的制備方法

背景技術(shù)

PMI(polymethacrylimide，PMI)材料的分子結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐熱性能：羧基、腈基使分子鏈之間形成氫鍵；甲基、羧基和腈基的空間位阻作用使分子鏈呈剛性；六元酰亞胺環(huán)使分子鏈剛性進(jìn)一步增加；此外，分子鏈之間還發(fā)生交聯(lián)，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，PMI是一種具有十分優(yōu)秀力學(xué)性能的材料。

目前市場上PMI產(chǎn)品形式均為泡沫，PMI泡沫材料是一種典型的綜合性能優(yōu)異的熱固性的泡沫。在相同密度下，PMI泡沫與其它泡沫相比，其比強(qiáng)度和比模量是最高的，且可承受高達(dá)220℃的高溫，且易加工成型。PMI泡沫制備路線一般采用兩步法：第一步制備可發(fā)泡預(yù)聚板，第二步發(fā)泡制備PMI泡沫。預(yù)聚物具有高熔體強(qiáng)度，可以使PMI在干燥的過程中能很好的抵抗干燥過程中的體積收縮。因此，PMI是一種十分良好的氣凝膠基體材料。

氣凝膠(Aerogel)是由膠體粒子或高聚物分子相互聚集形成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在空隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的一種高分散固態(tài)材料。氣凝膠由于超低的密度，高孔隙率，極低的熱導(dǎo)率，高比表面積等于優(yōu)異性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于隔熱隔聲材料、催化劑載體、過濾裝置等領(lǐng)域。氣凝膠按照化學(xué)組成來分可分為無機(jī)氣凝膠和有機(jī)氣凝膠。無機(jī)氣凝膠，如硅氣凝膠和碳?xì)饽z，具有極好的隔熱性能，但力學(xué)性能極差。有機(jī)氣凝膠種類多樣，性能各異，可以做到兼顧力學(xué)性能和隔熱性能，此外還可用無機(jī)納米粒子增強(qiáng)氣凝膠，制備性能更好的高分子復(fù)合氣凝膠。

氣凝膠的制備方法目前大多數(shù)都是采用溶膠-凝膠的線路制備，按照干燥方法的不同，一般分為冷凍干燥法、超臨界干燥法和常壓干燥法三種路線。一般用來合成PMI材料的單體為甲基丙烯酸和甲基丙烯腈或者甲基丙烯酸和丙烯腈，這些單體都為單官能度的單體，合成的PMI預(yù)聚物多為線性聚合物，很難在溶液聚合過程中直接形成凝膠，因此本專利采用冷凍干燥路線，通過制備預(yù)聚物季胺鹽的方式，使聚合物溶解于水中，再通過冷凍干燥的方式制備PMI氣凝膠。

納米復(fù)合材料作為一種材料增強(qiáng)方式，在高分子材料中有著重要的應(yīng)用，利用納米粒子來增強(qiáng)高聚物的性能是很實(shí)用的工藝。蒙脫土(MMT)是一類由納米厚度(約1nm)的表面帶負(fù)電的硅酸鹽片層依靠層間的靜電作用而堆積在一起構(gòu)成的土狀礦物。其晶體結(jié)構(gòu)中的晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構(gòu)成，屬2:1型層狀硅酸鹽。這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予蒙脫土獨(dú)特的性質(zhì)，如表面極性大、陽離子交換能力強(qiáng)、層間表面含水等。蒙脫土在阻燃材料上的應(yīng)用很多，蒙脫土由于具有納米層狀結(jié)構(gòu)阻隔效果，可以降低燃燒時(shí)的釋熱速率、抑制融滴并促進(jìn)燃燒成碳，有著良好的阻燃抑煙性能。如果直接將蒙脫土分散到聚合物中，蒙脫土與高分子鏈之間會(huì)在微觀層面上發(fā)生相分離，并不能很好的與高分子結(jié)合，因此，使用插層法制備聚合物/蒙脫土復(fù)合材料，使聚合物插入到蒙脫土的片層間，達(dá)到分子水平的復(fù)合，大大增加了聚合物與蒙脫土的界面相互作用，使復(fù)合材料具有更卓越的性能。Zhang qihao等人(聚甲基丙烯酰亞胺/有機(jī)蒙脫土泡沫的制備與性能[J].高分子材料科學(xué)與工程,2020,36(03):30-35.)將PMI分子插入到有機(jī)改性蒙脫土(OMMT)納米片層間，制備了PMI/OMMT泡沫使PMI泡沫塑料的極限氧指數(shù)提高至25.2％，成功提高的PMI泡沫的阻燃性能。