[发明专利]一种微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法。该制备方法包括：将聚苯乙烯乳液加入去离子水中，超声，将水溶性聚酰胺酸和三乙胺溶于得到的聚苯乙烯分散液中，溶胶凝胶，将得到的聚苯乙烯/聚酰胺酸水凝胶冷冻，冷冻干燥，热亚胺化。该方法制备的聚酰亚胺气凝胶质量小，强度高，导热系数极低，使用的造孔剂廉价易制，且气凝胶制备过程简单易操作，成本低，绿色环保，可适用于多种隔热场景。

技术领域

本发明属于气凝胶及其制备方法领域，特别涉及一种微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶是由高聚物分子或胶体粒子相互聚结构成连续的多孔三维骨架网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料，其具有密度低、比表面积高、热导率低等特点，在航空航天、石油化工、汽车工业、建筑保温等领域有广阔的前景。而传统制备气凝胶的超临界干燥法因耗能耗时，产品尺寸受限而无法大规模产业化，因此相对绿色环保、能耗低的冷冻干燥法越来越受到关注。而相比于超临界干燥法，冷冻干燥制备的气凝胶孔洞都在微米级别(5～100微米)，这限制了冷冻干燥制备的气凝胶的隔热能力。

聚酰亚胺(Polyimide)是一种具有成型加工性能好、机械强度高、热稳定性好等优点的特种工程塑料，广泛应用于国民经济的各个领域。而聚苯乙烯(Polystyrene)纳米微球是一种简单易制成本低廉的聚合物纳米球，其较低的热分解温度和纳米尺寸使其成为良好的聚合物造孔剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法，以克服现有技术中气凝胶隔热保温性能不佳的缺陷。

本发明提供了一种微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶的制备方法，包括：

(1)将聚苯乙烯乳液加入去离子水中，超声，得到均匀分散的聚苯乙烯分散液，其中聚苯乙烯乳液与去离子水的体积比为0.9～1:25～35；

(2)将水溶性聚酰胺酸和三乙胺溶于步骤(1)中聚苯乙烯分散液中，均匀混合，溶胶凝胶，得到聚苯乙烯/聚酰胺酸水凝胶，其中聚苯乙烯、水溶性聚酰胺酸与三乙胺的质量比为7.5-60:100:100；

(3)将步骤(2)中聚苯乙烯/聚酰胺酸水凝胶冷冻，然后冷冻干燥，热亚胺化，得到微纳多级孔分布的聚酰亚胺气凝胶。

所述步骤(1)中聚苯乙烯乳液的制备方法包括：在苯乙烯中加入水、十二烷基硫酸钠和碳酸钠，搅拌，60-80℃乳液聚合18～25h，其中苯乙烯、水、十二烷基硫酸钠和碳酸钠的比例为1-10mL:90-100mL:0.01-0.1g:0.1-0.5g。

所述搅拌的转速为300-500r/min。

所述步骤(2)中水溶性聚酰胺酸的制备方法参考中国专利CN107337927A(名称为：一种具有自修复功能的氧化石墨烯/聚酰胺酸水凝胶及其制备方法)，包括：先将合成聚酰亚胺的单体二元胺溶于极性溶剂，再加入另一种单体二元酐，在冰水浴中聚合反应一段时间后加入三乙胺，继续反应一段时间，制备得到聚酰胺酸溶液；将此聚酰胺酸溶液缓慢倒入去离子水中沉析得到聚酰胺酸丝，再将聚酰胺酸丝冷冻干燥，即可得到水溶性聚酰胺酸。

所述单体二元胺为4,4’-二氨基二苯醚(ODA)；单体二元酐为均苯四甲酸二酐(PMDA)。

所述极性溶剂为二甲基乙酰胺(DMAc)。

所述步骤(2)中溶胶凝胶时间为12-24h。

所述步骤(3)中冷冻采用液氮冷冻。

所述步骤(3)中冷冻干燥时间为24-72h，冷冻干燥温度为-40～-60℃，冷冻干燥真空度15-25Pa。