[发明专利]一种功能化交联型聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备方法

说明书

一种功能化交联型聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备方法，采用酰胺化改性的二维长径比大纳米碳材料作为交联剂，通过两步法和溶胶‑凝胶法制备出功能化交联型聚酰亚胺气凝胶，既解决了聚酰亚胺气凝胶的收缩率的问题，又进一步提高了材料的隔热能力。所制得的材料具有良好的稳定性，可用于高端隔热材料等领域。所制得的功能化交联型聚酰亚胺气凝胶的密度为0.052‑0.078g/cm³，抗压强度为0.3‑1.1MPa，体积收缩率为7.22％‑15.63％，热导率为0.0152‑0.021W/(m·K)。

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、低收缩率、高比表面积、并具有低热导率的功能化交联型聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)分子链中具有独特的酰亚胺环和酰亚胺杂环结构，因此PI材料拥有多种优良的性能，例如高力学强度，低介电常数，同时耐化学性和耐温性都非常优异，是近年来高性能工程材料的研究热点。气凝胶是一种多孔纳米材料，由于其孔结构均一且孔隙率高，气凝胶拥有许多独特的宏观特点，例如超低的热导率和密度，高比表面积等，从而在保温隔热、催化载体、化学吸附和电气等方面有良好的应用。而PI气凝胶作为两种高性能材料的结合体，拥有两种材料各自的特点，从而处于聚合物气凝胶研究的热点方向，在航空航天、高端兵器等领域拥有广大的应用前景。

北京理工大学的梁祎采用化学改性氧化石墨烯作为交联剂制得了m-GO交联的PI气凝胶，该材料的收缩率为25％，热导率为0.0318W/(m·K)，密度为0.12g/cm³。但由于网络异质性和有限的交联密度并没有很好地解决PI气凝胶体积收缩现象严重，易吸湿导致结构塌陷而失效等问题，因此采用二维长径比大纳米碳材料作为聚酰亚胺气凝胶的交联剂，旨在解决目前所发现的问题，使其在航空航天、高端科技等领域获取更大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种功能化交联型聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种功能化交联型聚酰亚胺气凝胶隔热材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)交联剂的改性

量取交联剂放入容器中，加入硝酸，水浴搅拌，趁热抽滤、沉淀，将沉淀置于真空干燥箱中真空干燥得到氧化改性的交联剂；将上述氧化改性得到的交联剂配制成一定浓度的NMP溶液，用超声波细胞破碎机超声后加入改性剂，在一定温度下冷凝回流后，倒入离心管中，离心去掉上层液体，得到黑色的沉淀，置于真空干燥箱中干燥，得到酰胺化改性的交联剂粉体；

(2)功能化交联型聚酰亚胺悬浮液的凝胶

称取一定质量的二胺于烧杯中，加入NMP，搅拌至完全溶解后加入二酐搅拌得到悬浮液；量取步骤(1)中的酰胺化改性的交联剂粉体分散于NMP溶液中得到混合溶液，用超声波细胞破碎机超声后加入上述悬浮溶液中搅拌均匀；再分别加入乙酸酐和吡啶，搅拌均匀静置使其凝胶；

(3)功能化交联型聚酰亚胺凝胶的老化及干燥

将步骤(2)所制得的功能化交联型聚酰亚胺凝胶用不同体积分数的NMP的无水乙醇溶液进行老化，老化时间4-5天，期间每8-10h换一次老化液，干燥，得到聚酰亚胺气凝胶；

(4)升温干燥

将步骤(3)中初步形成的聚酰亚胺气凝胶放入真空干燥箱中干燥，得到功能化交联型聚酰亚胺气凝胶材料。

优选步骤(1)中所述的交联剂为纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯；所使用的改性剂为4-氨基-N-(4-氨基苯基)-苯甲酰胺(DABA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、1,3-丙二胺或均苯四甲酸二酐(PMDA)中的一种。

优选步骤(1)中所述的交联剂和硝酸的质量比为1:(34-40)；氧化改性的交联剂粉体的NMP溶液浓度为1-2mg/ml；氧一般为99％。