[发明专利]聚甲基倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合气凝胶材料及制备应用

说明书

本发明涉及一种聚甲基倍半硅氧烷‑聚酰亚胺复合气凝胶材料及制备和应用，制备为：(a)取二胺化合物与二酐化合物先后溶解于溶剂中，后加入水析出聚酰胺酸沉淀，将得到的聚酰胺酸沉淀冲洗后进行冷冻干燥，制得纯聚酰胺酸固体，再取纯聚酰胺酸固体溶解在水中，加入氨水制得聚酰胺酸盐溶液；(b)取弱酸溶液，依次加入表面活性剂、甲基三甲氧基硅烷和聚酰胺酸盐溶液，得到溶胶，再将溶胶烘干得到聚甲基倍半硅氧烷‑聚酰胺酸盐复合湿凝胶；(c)将复合湿凝胶用酒精替换数次后，进行酒精超临界干燥，最终获得聚甲基倍半硅氧烷‑聚酰亚胺复合气凝胶。与现有技术相比，本发明制得的复合气凝胶具有优良的力学性能及热学性能，且工艺简单，设备要求低。

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，具体涉及一种聚甲基倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合气凝胶材料及制备和应用。

背景技术

气凝胶是一种极具代表性的多孔材料，超高的孔隙率赋予了气凝胶材料低密度、低导热系数、高比表面积等物理特性。这些独特的物理性能使气凝胶材料在众多领域内均具有极高的应用潜能，例如保温隔热、高温催化、航空航天、储氢储能等领域。然而，丰富的多孔结构同时也赋予了气凝胶力学性能差的缺陷。气凝胶极易在外力作用下开裂，极度易碎，这极大地限制了气凝胶材料的应用范围。为了克服气凝胶材料的脆性，研究者们尝试将气凝胶骨架与有机聚合物进行复合，例如聚脲、环氧树脂、异氰酸酯等，通过对骨架外围进行包覆增加颗粒间的接触点，从而提升其抗压强度。此外，采用含有有机取代基的硅源作为前驱体制备有机硅氧烷气凝胶也可显著提升气凝胶材料的力学性能，这些硅源包括甲基三甲氧基硅烷、二甲氧基甲基乙烯基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等。另外，通过向气凝胶骨架内引入甲基、烷烃链等有机组分可显著提升气凝胶材料的可压缩性、可弯曲性及机械加工性。虽然上述三种方法均可显著提升气凝胶材料的力学性能，但有机组分的引入同时也使得气凝胶的热稳定性大幅下降，材料在高于200摄氏度的温度下即会出现分解、收缩、开裂等现象，因而经上述方法制得的气凝胶材料不能被应用于高温领域。因此，制备一种兼具优良力学性能及热学性能的气凝胶材料具有极为重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种聚甲基倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合气凝胶材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种聚甲基倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合气凝胶材料的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(a)取二胺化合物与二酐化合物先后溶解于溶剂中，搅拌均匀后加入水析出聚酰胺酸沉淀，将得到的聚酰胺酸沉淀冲洗数次后进行冷冻干燥，制得纯聚酰胺酸固体，再取纯聚酰胺酸固体溶解在水中，加入氨水搅拌制得聚酰胺酸盐溶液，其中，氨水起溶解纯聚酰胺酸固体的作用，以便形成聚酰胺酸盐溶液，本步骤中发生的化学反应详见下式Ⅰ(以4，4’-二氨基二苯醚代表二胺化合物，以3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐代表二酐化合物)；

(b)取弱酸溶液，依次加入表面活性剂、甲基三甲氧基硅烷和聚酰胺酸盐溶液，得到溶胶，再将溶胶置于烘箱中静置得到聚甲基倍半硅氧烷-聚酰胺酸盐复合湿凝胶，其中，弱酸溶液提供的弱酸环境促进甲基三甲氧基硅烷的水解反应，表面活性剂抑制甲基三甲氧基硅烷的相分离，而聚酰胺酸盐溶液一方面促进甲基三甲氧基硅烷的缩聚反应，另一方面为溶胶体系提供聚酰胺酸盐；

(c)将步骤(b)得到的复合湿凝胶用酒精替换数次后，进行酒精超临界干燥，实现聚酰胺酸盐的热亚胺化反应(具体为：在干燥过程中，聚酰胺酸盐在高温下进行热亚胺化反应脱水，形成聚酰亚胺)，最终获得聚甲基倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合气凝胶，本步骤中发生的化学反应详见下式Ⅱ(反应物延续式Ⅰ)。

步骤(a)中，所述的二胺化合物选自4,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺、2,2’-二甲基联苯胺或2,2’-双[4-(4-氨苯氧基)苯基]丙烷中的一种或多种。