一种耐高温酞腈树脂气凝胶及其制备方法和应用技术

一种耐高温酞腈树脂气凝胶及其制备方法和应用。本发明专利技术属于酞腈树脂材料领域。本发明专利技术的目的是为了解决酞腈树脂在强极性溶剂中无法进一步交联，从而无法形成完整的三维骨架结构，继而导致无法形成气凝胶块体结构的技术问题。本发明专利技术通过在溶剂中引入增塑剂，然后加入酞腈树脂以溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温酞腈树脂气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于酞腈树脂材料领域，具体涉及一种耐高温酞腈树脂气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]酞腈树脂(Phthalonitrile，PN)，是一类含有邻苯二甲腈基团的耐高温热固性树脂，也称为邻苯二甲腈树脂。酞腈树脂经过固化处理后，展现出出色的耐温等级，在450℃时未出现玻璃化转变或软化现象。同时，酞腈树脂还具有优异的力学性能、阻燃性、耐潮性、耐化学腐蚀性等性能，被认为是航空航天、船舶工业、微电子及机械制造等领域极具发展前景的特种材料。
[0003]气凝胶一般可分为无机气凝胶、有机气凝胶和碳气凝胶。到目前为止，已报道的有机气凝胶还包括聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚氨酯、聚苯并噁嗪等树脂。但是，以高耐温等级的酞腈树脂为前驱体制备的有机气凝胶及其制备方法，当前暂无公开报道。我国中科院化学所在总结酞腈树脂发展的综述中指出，进一步提升酞腈树脂的孔隙率(或降低酞腈树脂的密度)是未来研究的主要关注点之一。提升孔隙率的方法主要有发泡法和溶胶
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凝胶法。2015年，ZhangLiying等人采用发泡法制备了密度为0.15g/cm3的低密度酞腈泡沫。但是发泡法的难点在于难以控制孔隙的尺寸，容易在内部产生大的气泡。
[0004]溶胶
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凝胶法则是一种可以有效调控孔结构的方法。通过将树脂均匀溶解于溶剂中，然后使树脂在溶剂中交联，生成三维骨架结构，再将骨架结构间的溶剂通过干燥除去，使得三维骨架结构间充满空气，即得气凝胶，因此具有很低的表观密度(<0.2g/cm3)、很高的比表面积(>1000m2/g)和很高的孔隙率(80～99.8％)。而当前，采用溶胶
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凝胶法制备酞腈气凝胶的案例，并未见有公开报道，这是因为相比于其他有机树脂，如酚醛、聚酰亚胺、聚苯并噁嗪等，酞腈树脂在强极性溶剂中首先会交联形成特有的酞菁环结构，这是一种平面大环π共轭结构，彼此之间具有强烈的分子间聚集力。这种分子间聚集力将会阻碍酞腈树脂在溶剂中进一步的交联，从而难以在溶剂中形成结构完整的三维骨架结构，因此会在后续干燥溶剂过程中，抵抗不住毛细管作用力，造成严重收缩现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决酞腈树脂在强极性溶剂中无法进一步交联，从而无法形成完整的三维骨架结构，继而导致无法形成气凝胶块体结构的技术问题，而提供一种耐高温酞腈树脂气凝胶及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种耐高温酞腈树脂气凝胶的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：
[0007]S1：将高沸点溶剂和增塑剂在室温下机械搅拌至混匀，得到混合溶剂，然后加入酞腈树脂，在25
‑
90℃下机械搅拌至混匀，得到前驱体溶液；
[0008]S2：将前驱体溶液在200
‑
250℃下加热24
‑
48h进行溶胶
‑
凝胶反应，得到酞腈树脂
湿凝胶；
[0009]S3：将湿凝胶于低沸点溶剂中浸泡，常压干燥后固化，得到耐高温酞腈树脂气凝胶。
[0010]进一步限定，S1中高沸点溶剂为沸点在200℃以上的溶剂。
[0011]更进一步限定，高沸点溶剂为N,N
‑
二丁基甲酰胺(DBF)、1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮(DMI)或1,3
‑
二甲基丙撑脲(DMPU)。
[0012]进一步限定，S1中增塑剂为长脂肪链段的增塑剂。
[0013]更进一步限定，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、对苯二甲酸二辛酯(DOPP)或对苯二甲酸二异辛酯(DOTP)。
[0014]进一步限定，S1中增塑剂与高沸点溶剂的质量比(5
‑
6.5)：8。
[0015]进一步限定，S1中混合溶剂与酞腈树脂的质量比为(5
‑
20)：1。
[0016]进一步限定，S3中低沸点溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃、环己烷或去离子水。
[0017]进一步限定，S3中常压干燥温度为25
‑
250℃，时间为24
‑
48h。
[0018]进一步限定，S3中固化的温度为250
‑
310℃，时间为5
‑
9h。
[0019]本专利技术的目的之二是提供一种按上述方法制得的耐高温酞腈树脂气凝胶，所述耐高温酞腈树脂气凝胶表观密度为0.05
‑
0.5g/cm3，孔隙率为60
‑
96％。
[0020]本专利技术的目的之三是提供一种按上述方法制得的耐高温酞腈树脂气凝胶的应用，所述耐高温酞腈树脂气凝胶作为耐高温隔热材料应用。
[0021]本专利技术的目的之四是提供一种按上述方法制得的耐高温酞腈树脂气凝胶的应用，所述耐高温酞腈树脂气凝胶作为催化材料应用。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有的优点：
[0023]本专利技术以酞腈树脂作为基体的有机气凝胶，填补了气凝胶材料的空白。酞腈树脂气凝胶(PhthalonitrileAerogel，PNA)将酞腈树脂的耐高温特性与气凝胶材料的隔热等特性相结合，不仅提升了有机气凝胶的耐温等级，同时还具有优异的隔热性能和其他特性，预期在未来国防和民用领域上具有广泛的应用，具体优点如下：
[0024]1)本专利技术通过在溶剂中引入增塑剂分子，削弱了聚合物分子间次价键的作用，从而抑制了酞腈分子间的聚集力，增加分子链的移动性，促进分子链的进一步交联，进而形成结构完整的三维骨架结构，最终制备出低密度的气凝胶块体材料。但增塑剂含量不宜过高，若增塑剂含量过高不利于酞腈树脂在高沸点溶剂中的溶解，会造成气凝胶颗粒的团聚和大小不一。
[0025]2)本专利技术的制备方法，组分简单、工艺简便。通过该制备方法制得的耐高温酞腈树脂气凝胶结合了酞腈树脂耐高温的优点和气凝胶的特性，富含微纳米孔隙，并具有很高的初始分解温度和优良的隔热性能，可以作为优异的耐高温隔热材料和潜在的催化材料。
附图说明
[0026]图1为实施例1
‑
3及对比例的酞腈树脂气凝胶的扫描电镜图；a
‑
对比例，b
‑
实施例2，c
‑
实施例1，d
‑
实施例3；
[0027]图2为实施例1的酞腈树脂气凝胶的分子结构红外谱图；
[0028]图3为实施例1的酞腈树脂气凝胶在N2气氛围下的热重曲线图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温酞腈树脂气凝胶的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：S1：将高沸点溶剂和增塑剂在室温下机械搅拌至混匀，得到混合溶剂，然后加入酞腈树脂，在25
‑
90℃下机械搅拌至混匀，得到前驱体溶液；S2：将前驱体溶液在200
‑
250℃下加热24
‑
48h进行溶胶
‑
凝胶反应，得到酞腈树脂湿凝胶；S3：将湿凝胶于低沸点溶剂中浸泡，常压干燥后固化，得到耐高温酞腈树脂气凝胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中高沸点溶剂为沸点在200℃以上的溶剂，增塑剂为长脂肪链段的增塑剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，高沸点溶剂为DBF、DMI或DMPU，增塑剂为DOP、DOPP或DOTP。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中增塑剂与高沸点溶剂的质量比(5
‑
6.5)：8，混合溶剂与酞腈树脂的质量比为(5
‑
20)：1。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，王冬青，胡记强，吴林志，马力，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：