[发明专利]一种聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法

说明书

本发明属于一种聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法，采用溶胶‑凝胶法，通过改变传统聚酰亚胺气凝胶混合二胺组分，使用芳香族的ODA与脂肪族的1,3‑丙二胺作为混合二胺，3,3’,4,4’‑联苯四甲酸二酐(BPDA)作为二酐，TAB作为交联剂，乙酸酐和吡啶作为亚胺化试剂，于常温下合成聚酰亚胺水凝胶，经溶液置换与老化后，再经CO₂超临界干燥获得完整块状的聚酰亚胺气凝胶。此方法制备的聚酰亚胺气凝胶具有较低热导率，良好的力学性能，同时获得柔性结构。实验证明此聚酰亚胺气凝胶可用于吸附CO₂。所制备的聚酰亚胺气凝胶吸附材料密度为0.08～0.11g/cm³，压缩模量为2.03～3.26MPa，CO₂的吸附量为8.2～11.5cm³/g。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，尤其涉及一种低密度、高比表面积、并具有高CO₂吸附量的聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺作为一种特种工程材料，是综合性性能最佳的有机高分子之一，没有明显熔点，高绝缘性能，介电损耗小，机械性能良好。美国NASA研究中心对比使用不同二胺和二酐制备得到的聚酰亚胺气凝胶的性能发现，使用拥有可旋转化学键的单体可使聚酰亚胺气凝胶获得柔性结构，例如ODA等。1931年Kistler首次制备得到SiO₂气凝胶以来，无机气凝胶得到了巨大发展。气凝胶是具有纳米多孔网络结构的固体材料。作为迄今为止绝热性能最好的材料，气凝胶因其高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等优异性能，在航空航天、建筑、化工等领域作为保温、隔热材料具有较为广阔的应用前景。但是由于其较大的脆性和吸湿性，在许多应用中受到限制。而聚酰亚胺气凝胶由于其优良的热力学性能、吸附性能、机械性能和电力学性能，在航空航天、热绝缘、微电子等领域也引起了广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足而提供一种聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法，发明一种通过改变传统聚酰亚胺气凝胶混合二胺组分从而改善其性能的聚酰亚胺气凝胶材料。该发明使用芳香族的ODA与脂肪族的1,3-丙二胺作为混合二胺，以得到性能更加多元、应用更加宽广的聚酰亚胺气凝胶，使其具有良好的力学性能并拥有高比表面积和高孔隙率，同时获得柔性结构。实验证明制得的聚酰亚胺气凝胶是CO₂气体的良好吸附剂。所制备的聚酰亚胺气凝胶吸附材料密度为0.08～0.11g/cm³，压缩模量为2.03～3.26MPa，CO₂的吸附量为8.2～11.5cm³/g。

本发明的技术方案为：一种聚酰亚胺气凝胶吸附材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将4,4’-二氨基二苯醚ODA加入到N-甲基吡咯烷酮NMP中，搅拌直到所有ODA溶解；

(2)向步骤(1)的溶液中加入1,3-丙二胺，搅拌直至1,3-丙二胺完全溶解；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐BPDA，并在室温下搅拌，得到均一溶液；

(4)向步骤(3)的混合溶液中加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯TAB与NMP的混合溶液，搅拌混合；

(5)向步骤(4)的混合溶液中加入乙酸酐和吡啶，搅拌直至混合溶液透明；

(6)将步骤(5)中的溶胶倒入模具中，样品在室温下放置直到凝胶，并在模具中老化一段时间；

(7)将步骤(6)中的凝胶中，加入NMP的丙酮溶液进行溶液置换，之后间隔一段时间更换一次丙酮溶液进行溶液置换，并置换多次；

(8)将步骤(7)中的溶液置换好的样品取出，通过CO₂超临界干燥，将丙酮从凝胶中去除，然后在真空干燥箱中干燥，冷却后得聚酰亚胺气凝胶。