[发明专利]一种聚酰亚胺基复合气凝胶的制备方法及产品

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺基复合气凝胶的制备方法及其产品。制备所述的聚酰亚胺基复合气凝胶的原料组成包括：一种或多种水溶性聚酰亚胺前驱体‑聚酰胺酸、氧化石墨烯。其制备过程包括：(1)将氧化石墨烯的水分散液与聚酰亚胺的水溶性前驱体聚酰胺酸按照一定的比例混合均匀，通过溶胶‑凝胶过程和冷冻干燥技术，制备出氧化石墨烯‑聚酰胺酸气凝胶；(2)通过热亚酰胺化过程，制备出石墨烯‑聚酰亚胺气凝胶。本发明制备聚酰亚胺复合气凝胶的方法简单易行，所制备的复合气凝胶不但微观形貌可控而且性能可调。此外，所制备的聚酰亚胺基复合气凝胶具有优异的阻燃性，是一种理想的隔热材料和阻燃材料。

技术领域

本发明属于新型纳米材料-高分子基多孔复合气凝胶的制备技术领域，具体来说，涉及一种聚酰亚胺基复合气凝胶的制备方法及产品。

背景技术

近年来，气凝胶以其高孔隙率(80-99.8％)、高比表面积(200-1000m²/g)、低密度(0.1g/cm³)以及低热导率(0.05W/(m·K))等特性在阻燃、隔热、隔音等方面表现出广阔的应用前景。

目前，研究较为广泛的气凝胶是以二氧化硅(SiO₂)为基体材料的无机气凝胶。虽然SiO₂气凝胶具有优越的高温稳定性和较低的热导率，但是SiO₂气凝胶存在制备工艺复杂、成本高、易碎等问题，因而其在使用中受到限制。

与SiO₂气凝胶相比，高分子基气凝胶由于具有低成本、易成型、高孔隙率、低密度、低热导率等特性而受到广泛关注。因而，高分子基气凝胶逐渐在隔热、隔音和介电等材料的研究中用作基体材料。然而，高分子基气凝胶普遍存在力学性能差(压缩模量通常为0.3-5.8MPa)、热稳定性能差(热分解温度270℃))、易燃(极限氧指数，LOI34)等问题。究其原因，主要是由聚合物基体本身的力学性能差和热分解温度低引起的。因此，为开发环境友好型的高分子基体并扩展高分子基气凝胶的应用领域需要选择具有良好力学性能以及高分解温度的水溶性高分子基体，同时需要选择合适的纳米粒子以增强气凝胶的性能并解决纳米填料在基体中的分散问题。

发明内容

本发明是针对目前高分子基气凝胶存在的力学性能差、热稳定性差、易燃等不足，使用受限的问题，提出一种聚酰亚胺气凝胶材料的制备方法和产品。

本发明提供一种聚酰亚胺基复合气凝胶的制备方法，制备原料包含氧化石墨烯、一种或多种水溶性聚酰亚胺前驱体-聚酰胺酸，其中氧化石墨烯与聚酰胺酸的质量比为0.2:100-10:100，其制备过程包含如下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散于去离子水中，超声得到稳定分散的氧化石墨烯分散液；

(2)在所述的氧化石墨烯分散液中加入5-50μL的20-80％的水合肼和30-150μL的20-28％的氨水溶液，在50-100℃下搅拌加热，得到至少部分还原的氧化石墨烯分散液；

(3)将水溶性聚酰胺酸溶于步骤(2)的分散液中得到至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸溶液；

(4)将步骤(3)所得到的至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸溶液超声后放置一段时间，通过溶胶-凝胶过程得到至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸水凝胶；

(5)将步骤(4)所得到的至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸水凝胶预冷一段时间，再将其转移至冰箱或液氮中冷冻为固体，随后在冷冻干燥机中冷冻干燥，得到至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸气凝胶；

(6)在氮气氛围中对至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰胺酸气凝胶进行热亚酰胺化，制备出至少部分还原的氧化石墨烯-聚酰亚胺气凝胶。