[发明专利]一种具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法与应用。所述具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶包括：由聚酰亚胺组成的多孔网络骨架，以及，分布于所述多孔网络骨架中的复数个聚酰亚胺岛状结构；并且所述聚酰亚胺气凝胶与水的接触角≥150°。所述制备方法包括：将第一聚酰胺酸溶液与第二聚酰胺酸溶液混合均匀，形成混合体系，向所述混合体系中加入化学脱水剂，之后静置形成聚酰亚胺凝胶，再经老化、溶剂置换和干燥，获得具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶。本发明的具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶具有超疏水性，耐水、耐高低温，比表面积大，同时具有低密度、低热导率等性能，具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺气凝胶及其制备方法，尤其涉及一种具有仿生结构、超疏水的具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法与应用，属于纳米多孔材料及隔热保温技术领域。

背景技术

气凝胶是一种具有连续且开放孔结构的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。气凝胶具有高比表面积(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低热导率(0.013～0.038W/m·k)等特点，使其在隔热保温、声阻抗耦合、吸附、过滤、催化剂载体、药物载体等领域具有广阔的应用前景。迄今为止，业界研发人员已经通过化学交联法制备了各种类型的气凝胶，包括二氧化硅气凝胶(CN105236929A；CN105253892A)、壳聚糖气凝胶(CN102417606A)、碳气凝胶(CN102423668A；CN102430369A)、金属氧化物及其复合气凝胶(CN102513041A)、多元素复合气凝胶(CN102584010A)、石墨烯和碳纳米管气凝胶(CN102674315A)、氧化钛气凝胶(CN102671587A)等。以上提及的气凝胶力学强度弱、脆性大，且不阻燃、不耐辐射等，因此急需发明具有力学性能优异，同时具有优良的耐辐射、耐候性、不燃烧等性能的气凝胶，以实现气凝胶在航空及民用领域中的应用。

聚酰亚胺是主链含有酰亚胺环的一类有机高分子，具有机械强度高、热稳定性好和耐磨损等优点。不论是作为结构材料或是功能材料，其显著的优越性已经得到充分的认识。近年来，聚酰亚胺气凝胶的研究备受重视，与其他高分子气凝胶相比，聚酰亚胺气凝胶强度优异、刚性可调、耐高温、耐极低温、耐辐射、阻燃等独特的性质，因此自2006年(USP7074880，2006)发明以来便获得广泛的关注。正因如此，美国NASA在聚酰亚胺气凝胶制备及应用方面进行大量研究(文献ACS Appl.Mater.Interfaces,2012,4,536-544)。然而，聚酰亚胺气凝胶一般表现为亲水性，即能够吸收大量水分，将直接导致气凝胶孔内充满液体而失去各种优异性能，如低热导率、高孔隙率、低密度等，为此，聚酰亚胺气凝胶的疏水化成为有待解决的重大关键技术。目前采用的疏水化技术包括引入氟代基团，或其他疏水无机纳米颗粒，前者制备方法成本高昂，产量低；后者形成的复合材料，力学强度损失、耐辐射、耐极低温度性能降低。因此，制备一种超疏水的纯聚酰亚胺气凝胶是本领域技术人员面临的一个重大挑战。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶，其包括：由聚酰亚胺组成的多孔网络骨架，以及，分布于所述多孔网络骨架中的复数个聚酰亚胺岛状结构；并且所述聚酰亚胺气凝胶与水的接触角≥150°。

本发明实施例还提供了前述的具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶的制备方法，其包括：

将第一聚酰胺酸溶液与第二聚酰胺酸溶液混合均匀，形成混合体系；

向所述混合体系中加入化学脱水剂，之后静置形成聚酰亚胺凝胶，再经老化、溶剂置换和干燥，获得具有荷叶效应的聚酰亚胺气凝胶。