[發明專利]一種原位摻雜的耐熱隔熱聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202111155773.3
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113637215B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鄭玉嬰;熊立堯
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C08J9/08
• 分類號: C08J9/08;C08L79/08;C08G73/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學俊

本發明屬于氣凝膠材料領域，具體涉及一種原位摻雜的耐熱隔熱聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法。在聚酰胺酸季銨鹽鏈段中引入硅烷，硅烷在隨后的溶解以及溶膠凝膠過程中發生水解反應形成了原位摻雜的效果。而將聚酰亞胺濕凝膠加入到硅烷水體系中則完成了在硅體系中對于聚酰亞胺組分的原位摻雜，并通過熱亞胺化處理增強了摻雜相和聚合物相的結合能力。而原本聚酰胺酸濕凝膠中產生的微量二氧化硅可以為后續的硅烷水解提供硅模板和生長位點的作用，進一步提升了兩者的相容性。本發明得到的氣凝膠材料具有較強的耐熱性和熱阻性能，在高溫環境下的隔熱方面可以運用，而氣凝膠內部存在的大量孔洞和較低密度使其在催化、過濾等其它領域有著可能的運用空間。

技術領域

本發明屬于氣凝膠材料領域，具體涉及一種原位摻雜的耐熱隔熱聚酰亞胺氣凝膠及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，高性能隔熱材料在深空探索、化工生產、太陽能基板等高尖端領域的運用越來廣泛。高性能隔熱材料能在極端條件下為電子元器件、熱機、催化劑等提供穩定的溫度工作環境、減少熱能流失和消耗，提高產品的耐用時間和生產過程中的經濟效益。

氣凝膠作為一種低密度、多孔隙、高熱阻的材料一經問世就得到學術界和工業部門的廣泛關注。傳統的二氧化硅氣凝膠雖然具有較高的耐熱能力，但是在實際運用中容易脫粉、脆性較大、總體機械性能較差，使其在很多領域的運用收到了局限。新式的聚合物氣凝膠雖然有著較高的力學性能，但是較差的熱性能使其在面對高溫環境時顯得無能為力。

聚酰亞胺是一種奇異的聚合物材料，長期使用溫度在200℃～300℃之間，熱損失溫度可以達到400℃以上，具有良好的機械性能。運用聚酰亞胺制備的氣凝膠材料可以有效的解決聚合物氣凝膠在高溫環境下的不利地位，使得高溫環境下的聚合物氣凝膠運用得到突破。

但在一般的聚酰亞胺氣凝膠制備過程中，人們往往采用將預先制備好的摻雜材料分散在溶劑中再加入聚合物成分。在研究中已有采用改性的方法以提高摻雜材料在溶膠體系中分散性的方法(Tianyi Zhang, Yan Zhao, Xuekuan Li, Xiaoyi Ma, Shuang Li,Mingchen Sun, Hansong Liu, Kai Wang, (2021) Ultralight and heat-insulatingmesoporous polyimide aerogels cross-linked with aminated SiO₂ nanoparticles,Microporous and Mesoporous Materials, Volume 319)。但摻雜材料的分散性再優異也難以避免團聚等現象的發生，在某種程度上減少了摻雜材料對于性能的改善程度。

本發明通過改性方法在直接對聚酰胺酸季銨鹽鏈段進行改性引入硅烷并在后續的溶解以及溶膠凝膠過程中，硅烷脫離聚合物鏈段在水相中直接發生原位摻雜，極大的提高了摻雜體系在聚酰亞胺氣凝膠中的分散性，形成了新的界面，賦予了聚酰亞胺氣凝膠更強的耐熱性能和熱阻性能，進一步拓寬了聚酰亞胺氣凝膠的運用空間。而將聚酰胺酸濕凝膠添加到硅烷體系中后，濕凝膠提供的水在使體系中的硅烷充分水解，在原本老化形成的二氧化硅模板上，從而在硅酸體系中原位摻雜聚合物相的效果。經過測試證明了該氣凝膠具有較好的疏水性和相較同類產品更低的密度?？梢哉雇景l明制備的輕質多功能的原位摻雜聚酰亞胺氣凝膠在有機吸附、尾氣處理、化工催化、熱損失保護甚至航空航天中對于設備的保護等低、中、高端領域都具有其可能的運用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以用于大規模工業制備、應用廣泛、制備過程兼容性好的改性聚酰胺酸季銨鹽和原位摻雜的聚酰亞胺氣凝膠的制備方法。本發明取消了一般摻雜聚酰亞胺氣凝膠中麻煩的摻雜材料的制備和分散過程，使得制備工藝更加簡便，且降低了工藝成本。而使用原位摻雜極大的提高了氣凝膠材料中摻雜相的分散性，提升了材料的微觀結構。通過改性帶來的原位摻雜使得聚酰亞胺氣凝膠的具備了良好的隔熱和耐熱能力。