[發明專利]一種聚酰亞胺氣凝膠制品的常壓干燥制備方法及應用

有效

• 申請號: 202111200205.0
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113818098B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 劉天西;薛甜甜;樊瑋;朱晨宇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F6/78
• 分類號: D01F6/78;D01F11/08
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

一種聚酰亞胺氣凝膠制品的常壓干燥制備方法及應用。該方法包括：以含有羧基或羥基的二元胺和其他二元胺與二元酸酐共聚，接枝光敏基團得到光敏的含氟聚酰亞胺作為前驅體溶液，通過澆鑄、刮涂、3D打印、紡絲等成型手段，經紫外光輻照、溶劑置換、常壓干燥得到一種具有不同宏觀結構的聚酰亞胺氣凝膠制品。本發明引入光敏基團，通過光引發交聯結構，可以有效提高濕凝膠的骨架強度，降低溶劑揮發過程產生的表面張力引起的收縮，其次選用含氟的二元酐或者二元胺也可以有效降低表面張力，降低制品常壓干燥過程的收縮率。該方法有效的解決了現有冷凍干燥、超臨界干燥法制備聚酰亞胺氣凝膠制品所存在的工藝復雜、成本高、效率低、無法規模化生產的問題。

技術領域

本發明涉及氣凝膠制備技術領域，具體涉及一種聚酰亞胺氣凝膠制品的常壓干燥制備方法。

背景技術

氣凝膠是一類具有微納三維多孔結構的新型材料，具有高孔隙率、低密度、高比表面積等特性，由于其熱導率較低，可低至0.025 W·m^-1·K^-1（類似環境條件下的空氣，0.026W·m^-1·K^-1），在航空航天、節能建筑、服裝等保溫隔熱領域具有廣闊的應用前景。其中二氧化硅氣凝膠具有非常優異的隔熱性能，因此得到了全面的研究。然而二氧化硅氣凝膠的力學性能很差，表現出脆性，并且具有吸濕性，因此限制了其進一步的應用。而聚酰亞胺作為一種綜合性能優異的特種工程材料，具有良好的力學性能、優異的抗輻射性能、高絕緣性能和優異的耐候性，可承受高達400 ℃以上的高溫且長期使用的溫度范圍為-200～300 ℃，因而受到研究人員的廣泛關注。聚酰亞胺氣凝膠主要通過制備聚酰亞胺濕凝膠，然后經過超臨界干燥，或者具有水溶性聚酰胺酸鹽，經冷凍干燥、熱亞胺化得到聚酰亞胺氣凝膠。由此制備的聚酰亞胺氣凝膠具有輕質、耐高溫、耐腐蝕等諸多優異的性能。然而聚酰亞胺氣凝膠需要依靠超臨界干燥或者冷凍干燥除去凝膠中溶劑，存在成本高、效率低、工藝復雜等缺點，導致難以規模化生產。

CN 109293978 A公開了一種高孔隙率聚酰亞胺氣凝膠及其常壓干燥制備方法，將聚酰亞胺超細短纖攪拌分散于有機溶劑中，室溫或加熱條件下使有機溶劑對聚酰亞胺超細短纖進行有限溶脹或部分溶解，得到聚酰亞胺懸浮膠液；冷卻至室溫，靜止使有機溶劑與聚酰亞胺超細短纖達到擴散平衡，得到纖維骨架支撐膠凍狀的聚酰亞胺濕凝膠；室溫下置于萃取液中進行溶劑置換，置換完全后進行常壓干燥得到聚酰亞胺氣凝膠。但是，此發明還存在以下問題，一是需要經過電紡制備聚酰亞胺納米纖維，經機械破碎以后再次進行溶膠-凝膠，制備過程復雜，二是溶膠-凝膠過程漫長，成型方式僅限于澆鑄成型，無法實現聚酰亞胺氣凝膠多元化結構的發展，其次氣凝膠在常壓干燥過程不可避免的還是存在收縮的問題。因此，制備一種可以滿足不同成型方式的聚酰亞胺前驅體溶液，同時具有高強度的濕凝膠，使得去除溶劑時能夠維持材料空間骨架且不易開裂收縮，并在常壓下干燥去除體系溶劑得到高孔隙率的聚酰亞胺氣凝膠制品非常重要，對聚酰亞胺氣凝膠產業化具有重大意義。

發明內容

為了解決現有冷凍干燥、超臨界干燥法制備聚酰亞胺氣凝膠制品所存在的工藝復雜、成本高、效率低、無法規模化生產的問題，本發明提供了一種聚酰亞胺氣凝膠制品常壓干燥的制備方法，通過接枝光敏基團的含氟聚酰亞胺作為前驅體溶液，通過澆鑄、刮涂、3D打印、紡絲等成型方法，紫外光輻照、溶劑置換、常壓干燥得到一種具有不同宏觀結構的聚酰亞胺氣凝膠制品。本發明引入光敏基團，通過光引發交聯結構，可以有效提高濕凝膠的骨架強度，降低溶劑揮發過程產生的表面張力引起的收縮，其次選用含氟的二元酐或者二元胺也可以有效降低表面張力。

本發明提供一種聚酰亞胺氣凝膠制品常壓干燥制備方法，將含有羧基結構或羥基結構的二元胺與二酐化合物聚合反應，接枝光敏基團，再經澆鑄、刮涂、3D打印、紡絲等成型方法，光固化、溶劑置換、常壓干燥得到。