[发明专利]一种可变形气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可变形气凝胶材料及其制备方法。所述方法包括：以二酐和二胺为单体进行缩聚反应，然后加入1,1,1‑三[4‑(氨基苯氧基)苯基]乙烷为固化剂，得到聚酰胺酸溶液，并加入气相二氧化硅纳米颗粒，得到掺有气相二氧化硅纳米颗粒的聚酰胺酸溶液，然后将其在真空烘箱下处理及不同温度阶段加热程序进行热亚胺化，得到聚酰亚胺湿凝胶；将聚酰亚胺湿凝胶依次进行老化、溶剂置换和超临界干燥，制得可变形气凝胶材料。本发明的气凝胶材料在加热条件下可变形固定，并在下一个热响应下恢复形状，且材料耐温性好，本发明的气凝胶材料具有孔隙率高(88％～99％)、形状回复率高(90％～100％)以及可调整的变形和恢复温度等优点。

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种可变形气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

作为一种纳米多孔材料，气凝胶具有纳米颗粒构成的连续三维纳米多孔网络结构，赋予其低密度、高孔隙率、高比表面积、大孔体积等特性。独特的结构特性使气凝胶在隔热、气体吸附分离、水处理、催化等方面具有良好性能，在航空航天、石油化工、新能源、科学研究、节能建筑、环保等领域有广泛的应用前景。在隔热材料领域，气凝胶材料已经是公认最高效的隔热材料，已经广泛应用于航空航天多种飞行器的隔热应用。但是，现有的气凝胶材料多为刚性气凝胶材料，无法进行灵活的变形，这对于智能化为主要研究方向的今天，这将成为气凝胶发展的深而远的阻碍。

随着人类对材料功能化的需求，新兴的智能材料作为一个重要的热点领域逐渐引起了人们的极大关注。自从上世纪80年代日本科学家首次提出形状记忆聚合物的概念以来，形状记忆聚合物作为智能材料的一个重要分支，得到了迅速的发展，并在航天、医疗等领域得到了广泛的应用，人们对它的机理、加工工艺等研究也逐渐深入。聚酰亚胺作为一类最耐温的形状记忆聚合物，对于耐温环境下应用具有重要的意义。中国专利申请CN201610640949.7公开了一种交联型聚酰亚胺气凝胶的制备方法，该制备方法具有适用性广泛、原材料便宜易得、反应过程简单、总体成本低等特点，所得到的材料具有纳米尺度的多级微结构；中国专利申请CN201810672858.0公开了一种疏水型二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶复合材料及制备方法，该专利申请制得的疏水型二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶复合材料能够有效改善聚酰亚胺气凝胶疏水性、机械性能和隔热性能；但是，这些专利制得的气凝胶材料的可变形性能差，变形后形状回复率低。

目前为止，聚酰亚胺的研究方向主要是结构功能应用研究，对于材料的一维、二维和三维的结构构筑相关还未见报道，以及将聚酰亚胺制成可变形的气凝胶材料也未见报道。因此，本发明专利提出一种聚酰亚胺气凝胶的制备方法，该聚酰亚胺气凝胶结合了气凝胶和形状记忆材料的优势，可实现一种可变形气凝胶隔热材料的制备。

发明内容

为解决一个或者多个问题，本发明的目的是提供一种可变形气凝胶材料及其制备方法。本发明采用单体缩聚过程将形状记忆材料和气凝胶结构结合制备出了一种可变形气凝胶隔热材料，本发明制得的可变形气凝胶材料具有孔隙率高、形状回复率高以及可调整的变形和恢复温度等优点。

本发明在第一方面提供了一种可变形气凝胶材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下，将2,2’-二[4-(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷和4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐溶于第一有机溶剂中进行缩聚反应，得到反应溶液；

(2)往步骤(1)得到的反应溶液中加入1,1,1-三[4-(氨基苯氧基)苯基]乙烷和第二有机溶剂，得到聚酰胺酸溶液，然后往所述聚酰胺酸溶液中加入气相二氧化硅纳米颗粒并搅拌均匀，得到掺有气相二氧化硅纳米颗粒的聚酰胺酸溶液；

(3)将步骤(2)得到的掺有气相二氧化硅纳米颗粒的聚酰胺酸溶液在密封条件下于真空烘箱中处理0.2～10h，之后静置以消泡，再经不同温度阶段加热程序进行热亚胺化，得到聚酰亚胺湿凝胶；

(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺湿凝胶依次进行老化步骤、溶剂置换步骤和超临界干燥步骤，制得可变形气凝胶材料。