[发明专利]聚酰亚胺/聚环氧乙烷复合气凝胶及其制备方法

说明书

公开了一种聚酰亚胺/聚环氧乙烷复合气凝胶及其制备方法，该方法包括：（1）将聚环氧乙烷溶解在LNMP中形成溶液A；（2）将ODA溶于LNMP搅拌，待其完全溶解后加入BPDA，搅拌直至反应物变透明,形成溶液B；（3）将交联剂TAB溶于12mL NMP中形成溶液C；（4）将溶液C倒入溶液B中，室温下搅拌，形成透明溶液BC；（5）将溶液BC和溶液A混合并搅拌成混合溶液，并加入乙酸酐和吡啶，搅拌后倒入模具；（6）凝胶并在密封环境中老化后,用丙酮溶液浸泡；（7）用超临界CO₂干燥方法干燥后,将样品置于真空干燥箱中干燥，除去残留溶剂，其中，各成分的含量数值用于表示各成分含量之间的比例关系，且各成分含量和工艺参数的数值表示该数值上下15%的范围。

技术领域

本发明涉及有机气凝胶技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺/聚环氧乙烷复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的固态材料，具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低导热系数等特点，在隔热、吸附、催化剂载体、能量储存、水净化、宇宙尘埃收集、传感器、噪音消除等诸多方面具有巨大应用潜力。气凝胶是世界上密度最小的固态物质，具有非常高的孔隙率，可达80～99.8％，具有较低的密度，在0.003～0.5g/cm³之间。纳米孔洞的高孔隙率使气凝胶的导热系数极低，具有较好的隔热性能。较低的密度也令其成为卫星、潜艇等轻质隔热材料的首选。气凝胶主要分为无机气凝胶和有机气凝胶。二氧化硅气凝胶作为无机气凝胶的代表，全世界对其的研究及产业化工作进行得较为全面，但其也存在力学性能差、易碎的缺点，不适于单独当材料使用，一般与其他无机或有机材料做成复合气凝胶材料去应用。有机气凝胶主要有聚酰亚胺（PI）、聚氨酯、酚醛等材料的气凝胶，有机气凝胶优点是综合性能优异，易于加工及应用。有机气凝胶中，聚酰亚胺气凝胶由于其优异的机械性能、良好的热稳定性及较低的导热系数和介电常数，引起人们的广泛关注。聚酰亚胺是高分子材料中综合性能最优异的材料，具有较高的力学性能及热性能，同时聚酰亚胺的合成及成型方法较多，易于获得不同类别的聚酰亚胺材料。近年来国内外的科研机构对聚酰亚胺气凝胶进行了系统的研究，但聚酰亚胺气凝胶制备所涉及的学科及知识面较为复杂，技术门槛相对较高，目前全世界也仅有少数的机构具有制备聚酰亚胺气凝胶的技术，聚酰亚胺气凝胶的实际应用更为少见，聚酰亚胺气凝胶的产业化进程还很遥远。

目前，对于聚酰亚胺气凝胶的合成，主要采用杜邦工艺法：先由二胺和二酐在室温下反应制备聚酰胺酸溶液，然后经化学方法(乙酸酐作脱水剂，吡啶作为催化剂)或在高温下脱水完成酰胺化反应，形成聚酰亚胺凝胶。聚酰亚胺由于其大分子链具有高度共轭的芳香结构，在凝胶过程中极易通过T-T堆积和分子链缠结形成紧密堆积的纳米纤维结构，从而赋予聚酰亚胺气凝胶独特的热氧化稳定性、高机械强度及耐溶剂性。因此，聚酰亚胺气凝胶具有热氧化稳定性、独特电性、高辐射和耐溶剂性和优异的机械强度。相比于高温下脱水酰胺化，化学法条件相对温和，效率更高。

环氧树脂以其良好的机械性能、工艺性能、与大多数纤维的兼容性、耐化学性、耐磨性和低成本,在诸多增强材料中广泛应用。室温下聚环氧乙烷具有良好的溶解性和优异的拉丝性凝胶浓度低，增塑性好，无毒无害。然而，现有技术中并不存在将聚环氧乙烷与聚酰亚胺复合生成气凝胶以改善其性能的解决方案。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种聚酰亚胺/聚环氧乙烷复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚环氧乙烷（PEG-20000）溶解在1-甲基-2-吡略烷酮（NMP）中形成溶液A；

（2）将4-氨基二苯醚（ODA）溶于1-甲基-2-吡略烷酮搅拌，待其完全溶解后加入3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐（BPDA），搅拌直至反应物变透明,形成溶液B；

（3）将交联剂1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯（TAB）溶于12mL 1-甲基-2-吡略烷酮中形成溶液C；

（4）将溶液C倒入溶液B中，室温下搅拌，形成透明溶液BC；