[发明专利]一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶及其制备方法，以二胺和二酐为单体通过缩聚反应制备得到聚酰亚胺前驱体，然后进行溶胶凝胶化、冷冻干燥和热亚酰胺化制得。本发明通过增加气凝胶结构中的骨架导热同时降低气相和辐射导热的策略制备具有优异形状记忆和隔热性能的聚酰亚胺气凝胶，解决气凝胶隔热和形状记忆之间的矛盾，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于气凝胶领域，特别涉及一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种以气体为分散介质的具有三维网络结构的多孔性凝胶类物质，孔隙率一般为80～99.8％，比表面积一般为200～1000m²/g，密度通常小于0.1g/cm³。正是由于气凝胶的这种独特的多孔结构，使得气凝胶在力学、声学、热学等方面具有许多优异的性能。因此，气凝胶在隔热、阻燃、隔音等方面具有广阔的应用前景。

随着科技的发展与进步，对材料各方面的性能也有着愈来愈高的需求，智能材料的研发引起了国内外相关人员的高度重视，形状记忆材料是一种发展前景很好的新型智能材料，其可以在可控的外界刺激如热、光、水、电、磁、化学感应等条件下对其结构参数进行调整，从而回复到其初始形状或状态。通过赋予气凝胶材料形状热记忆效应，能够提高气凝胶应用的智能性和多样性，为气凝胶的应用提供一个新的方向。

目前已公开有关形状记忆气凝胶的专利较少，专利CN 113651992 A和CN113694843 A分别公开了一种形状记忆气凝胶制备方法。该专利报道的气凝胶激发温度较低，热稳定性差难以应用在航空航天等恶劣环境。CN 113980342 A专利中以有机硅为基体制备形状记忆气凝胶，该气凝具有较好的耐高温性能可以应用在航空航天等领域要求的极端环境中。以上这些专利中气凝胶的形状记忆都是通过焦耳热激发，但是气凝胶本身具有的良好隔热性能会阻碍热量传递导致形状记忆性能较差，在实际应用中存在缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶及其制备方法，解决了气凝胶隔热和形状记忆之间的矛盾，使得气凝胶形状记忆性能大幅提高，实现了形状记忆/隔热功能一体化。

本发明提供了一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶，以二胺和二酐为单体通过缩聚反应制备得到聚酰亚胺前驱体(聚酰胺酸PAA)，然后进行溶胶凝胶化、冷冻干燥和热亚酰胺化制得；其中，所述溶胶凝胶过程中加入填料，所述填料在气凝胶中的重量百分含量为0％～50％，所述聚酰亚胺前驱体的重量百分比含量为50％～100％。

所述聚酰胺酸分子链中含有柔性基团，分子量为20-180万。

所述二胺为3,4-二氨基二苯醚(3,4'-ODA)、4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)、1,3-二(4'-氨基苯氧基)苯(BAPB)中的一种或几种；所述二酐为双酚A型二醚二酐(BPADA)、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA)、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)中的一种或几种。其他常规二胺和二酐均适用于本发明。

所述缩聚反应使用的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、氯仿(CHCl₃)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种。

所述填料包括零维填料、一维填料或二维填料；其中，所述零维填料为金属纳米粒子、金属氧化物纳米颗粒、炭黑、C₆₀、二氧化钛中的一种或几种；所述一维填料为碳纳米管、碳纳米纤维、金属纳米线、碳纤维、氮化硅中的一种或几种；所述二维填料为氧化石墨烯、过渡金属碳氮化物、氮化硼中的一种或几种。

本发明还提供了一种形状记忆聚酰亚胺气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二胺和二酐室温下在有机溶剂中通过缩聚反应制备得到聚酰胺酸，然后将制备的聚酰胺酸沉积在去离子水中，洗涤、冷冻干燥得聚酰胺酸固体；