[发明专利]一种高孔隙率聚酰亚胺气凝胶及其常压干燥制备方法

说明书

一种高孔隙率聚酰亚胺气凝胶及其常压干燥制备方法，涉及气凝胶领域，解决了现有采用超临界二氧化碳干燥法制备聚酰亚胺气凝胶所存在的工艺复杂、成本高、效率低、无法规模化生产的问题。该方法包括：1)将聚酰亚胺超细短纤搅拌分散于有机溶剂中，室温或加热条件下使有机溶剂对聚酰亚胺超细短纤进行有限溶胀或部分溶解，得到聚酰亚胺悬浮胶液；2)将步骤1)所得聚酰亚胺悬浮胶液冷却至室温，静止12～24小时使有机溶剂与聚酰亚胺超细短纤达到扩散平衡，得到纤维骨架支撑胶冻状的聚酰亚胺湿凝胶；3)将步骤2)所得聚酰亚胺湿凝胶室温下置于萃取液中进行溶剂置换24～48小时，置换完全后进行常压干燥，得到聚酰亚胺气凝胶。

技术领域

本发明涉及气凝胶技术领域，具体涉及一种高孔隙率聚酰亚胺气凝胶及其常压干燥制备方法。

背景技术

气凝胶是世界上密度最小的固态物质，具有非常高的孔隙率可达80～99.8％，具有较低的密度在0.003～0.5g/cm³之间。纳米孔洞的高孔隙率使气凝胶的导热系数极低，具有较好的隔热性能。较低的密度也令其成为卫星、潜艇等轻质隔热材料的首选。气凝胶主要分为无机气凝胶和有机气凝胶。二氧化硅气凝胶作为无机气凝胶的代表，全世界对其的研究及产业化工作进行的较为全面，但其也存在力学性能差、易碎的缺点，不适于单独当材料使用，一般与其他无机或有机材料做成复合气凝胶材料去应用。有机气凝胶主要有聚酰亚胺、聚氨酯、酚醛等材料的气凝胶，有机气凝胶优点是综合性能优异，易于加工及应用。

有机气凝胶中聚酰亚胺气凝胶最受关注，聚酰亚胺是高分子材料中综合性能最优异的材料，具有较高的力学性能及热性能，同时聚酰亚胺的合成及成型方法较多，易于获得不同类别的聚酰亚胺材料。近年来国内外的科研机构对聚酰亚胺气凝胶进行了系统的研究，但聚酰亚胺气凝胶制备所涉及的学科及知识面较为复杂，技术门槛相对较高，目前全世界也仅有少数的机构具有制备聚酰亚胺气凝胶的技术，聚酰亚胺气凝胶的实际应用也更为少见，聚酰亚胺气凝胶的产业化进程还很遥远。

聚酰亚胺气凝胶主要通过制备聚酰亚胺湿凝胶，然后经过超临界干燥得到聚酰亚胺气凝胶。美国Aspen Aerogels公司以PMDA/ODA体系制备线型湿凝胶，采用超临界二氧化碳进行干燥得到PI气凝胶。美国NASA研究中心以1,3,5-三(4-氨苯基)苯为交联剂制备交联型湿凝胶，采用超临界二氧化碳进行干燥得到PI气凝胶。无论是制备线型湿凝胶还是交联型湿凝胶，其干燥方式均采用超临界二氧化碳干燥得到PI气凝胶，超临界干燥方式去除溶剂，临界状态下界面张力消失，材料会保持良好的孔洞且不收缩，但也存在工艺复杂、成本高、效率低等缺点，导致采用超临界干燥方法难以实现规模化生产。

因此，如何制备在去除溶剂时能够维持材料空间骨架且不易开裂收缩的聚酰亚胺湿凝胶，并可以在常压下干燥去除体系溶剂得到高孔隙率的聚酰亚胺气凝胶非常重要，对聚酰亚胺气凝胶的产业化意义重大。

发明内容

为了解决现有采用超临界二氧化碳干燥法制备聚酰亚胺气凝胶所存在的工艺复杂、成本高、效率低、无法规模化生产的问题，本发明提供一种高孔隙率聚酰亚胺气凝胶及其常压干燥制备方法。本发明通过采用聚酰亚胺超细短纤制备具有纤维骨架支撑的聚酰亚胺湿凝胶，聚酰亚胺湿凝胶经溶剂置换后再经常压干燥，制得聚酰亚胺气凝胶。本发明的制备方法工艺简单，成本大幅度降低，生产效率提高，适用于批量化规模化制备聚酰亚胺气凝胶。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种高孔隙率聚酰亚胺气凝胶的常压干燥制备方法，包括以下步骤：

1)将聚酰亚胺超细短纤搅拌分散于有机溶剂中，聚酰亚胺超细短纤与有机溶剂的质量比为0.05～0.2，25～200℃条件下使有机溶剂对聚酰亚胺超细短纤进行有限溶胀或部分溶解，得到聚酰亚胺悬浮胶液；

2)将步骤1)所得聚酰亚胺悬浮胶液冷却至室温，静止12～24小时使有机溶剂与聚酰亚胺超细短纤达到扩散平衡，得到纤维骨架支撑胶冻状的聚酰亚胺湿凝胶；