一种聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶及其制备方法，属于聚合物基纳米复合材料领域。本发明专利技术首次制备了具有形状记忆性能的聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合气凝胶，采用二胺和二酐单体进行缩合聚合得到聚酰胺酸凝胶，水中溶剂交换得到聚酰胺酸，再与氧化石墨烯共混于水中形成共混悬浮液，注入模具冷冻成型，冷冻干燥得到聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶；再进行高温处理，得到聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶。本发明专利技术制得的形状记忆气凝胶具有密度小、孔隙率高、高形变温度以及形状记忆性能好等优点，填补了目前在耐高温形状记忆气凝胶材料领域的空白，同时解决了目前聚酰亚胺气凝胶制备过程中体积收缩率高以及导热性能差等缺点。差等缺点。差等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物基纳米复合材料领域，具体涉及一种聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶是一类密度极低的固体物质形态，又称为干凝胶。气凝胶因其高通透性的三维微观网状结构，而具有高孔隙率、高比表面积、耐高温等优点，被广泛应用于航空航天、隔热材料、隔音材料、阻燃材料、柔性材料、减震材料以及储能器件等领域。自1931年硅气凝胶问世以来，经过近一个世纪的发展，目前世界各国研究人员已成功制备了多种类型的气凝胶材料，包括氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铁、硫化物和有机聚合物等气凝胶材料。其中，有机聚合物气凝胶可在惰性气体保护气氛下烧结制备碳气凝胶材料。气凝胶材料因其结构多样性以及优异的性能，使其一直成为科学研究的热点。
[0003]形状记忆聚合物(SMP)是指在受到各种外界的刺激(例如电流、pH、湿度、磁场、热和光)能够从临时形状恢复其原始形状聚合物。SMP的这种“记忆”特性使其广泛应用于各个领域，如纺织、包装、医疗和航空航天领域。SMP在结构上由两部分组成；即可以保持永久形状的固定相和保持临时形状的可逆相。对于热刺激响应的SMP，其形状转变温度通常为非晶相的玻璃化转变温度(T
g
)和结晶相的熔融温度(T
m
)。SMP的第一次提出在1941年的专利中公开，是用于牙科应用的甲基丙烯酸酯。
[0004]聚酰亚胺是一类高性能聚合物，它具有高热稳定性、优异的机械性能和低介电常数等特点，由于其优异的性能，聚酰亚胺材料被广泛应用于航空航天材料，汽车材料，及各类电子器件中。近年来，聚酰亚胺材料的形状记忆性能也被研究学者发现。研究人员对形状记忆聚酰亚胺进行了大量的探究，并通过结构设计制备出多功能性的形状记忆聚酰亚胺材料，如耐高温形状记忆聚酰亚胺，光学透明形状记忆聚酰亚胺，具有电磁屏蔽性能的形状记忆聚酰亚胺。但目前针对形状记忆聚酰亚胺的报道多集中于聚酰亚胺薄膜材料。
[0005]形状记忆气凝胶是一类新型形状记忆材料，它将形状记忆材料与气凝胶材料相结合，充分发挥气凝胶材料和形状记忆材料的优点，拓展其适用范围。目前人们对高性能耐高温形状记忆气凝胶的研究较少，而目前的形状记忆气凝胶存在力学性能差、转变温度较低以及形状记忆性能较差等问题。若能将聚酰亚胺用于形状记忆气凝胶材料领域，有望解决目前形状记忆气凝胶存在的许多问题，目基于前此的相关研究仍是空白。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提高形状记忆气凝胶转变温度和低耐热性差等缺点，同时改善聚酰亚胺气凝胶大体积收缩率的弊端，进一步提高聚酰亚胺气凝胶的形状记忆性能，提供一种形状记忆复合气凝胶及其制备方法。
[0007]本专利技术提出了一种形状记忆复合气凝胶及其制备方法，包括采用二胺和二酐单体进行缩合聚合得到聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸凝胶，并利用三乙胺来保护羧基，得到的聚酰
胺酸凝胶缓慢流入超纯水中并搅拌，进行溶剂交换，并对溶剂置换后的聚酰胺酸进行干燥，将干燥的聚酰胺酸与氧化石墨烯共混溶于超纯水中，并进行搅拌，将共混悬浮液注入模具中，并将模具置于冷冻机中进行冷冻成型，成型后放入冷冻干燥机干燥得到聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶，将聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶进行高温处理，得到具有形状记忆性能的聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合气凝胶。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种制备聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶的方法，包括如下步骤：
[0010](1)二胺单体和二酐单体在N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中进行缩聚反应，得到聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸凝胶；
[0011](2)将所得聚酰胺酸凝胶置于水中进行溶剂交换，结束后，冷冻干燥，得到聚酰胺酸细丝；
[0012](3)将所得聚酰胺酸细丝与氧化石墨烯分散在水中，混匀，得到混合分散液；
[0013](4)将所得混合分散液注入模具中，并将模具置于冷冻机中进行冷冻成型，成型后冷冻干燥，得到聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶；
[0014](5)将所得的聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶进行高温处理，得到聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合气凝胶，即为聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，二胺单体为4,4
’‑
二氨基二苯醚(ODA)。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，二酐单体为联苯四甲酸二酐(BPDA)。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，二胺单体和二酐单体的摩尔比1：(0.8
‑
1.5)；具体可选1:1.01～1.20。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，缩聚反应在冰浴中进行。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，缩聚反应的时间为12～24小时。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，N
‑
甲基吡咯烷酮相对二胺的添加量为3
‑
5mL/mol二胺。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中，缩聚反应还包括在反应3小时后加入三乙胺。三乙胺与二胺单体的摩尔比为1:(0.3
‑
3.5)。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中，溶剂交换时间为3～5min。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中，混匀的搅拌时间为3～6小时。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中，混匀的搅拌转速为500～1000rpm。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中，混合分散液中氧化石墨烯与聚酰胺酸细丝的质量比为1：(1
‑
9)；具体优选1：4。
[0026]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中，混合分散液中氧化石墨烯的质量分数为0.2％
‑
1.0％；具体可选0.5％。
[0027]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(4)中，冷冻成型的温度为
‑
120～
‑
50℃。
[0028]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(4)中，冷冻成型的时间为3～8小时。
[0029]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(4)中，冷冻干燥的时间为48～96小时。
[0030]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(4)中，冷冻干燥机的温度为
‑
90～
‑
60℃。
[0031]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(5)中，高温处理的温度为100～350℃；时间为1～3小时。
[0032]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(5)中，高温处理具体可选如下温度过程：100
‑
150℃下处理0.5
‑
1.5h，200
‑
250℃下处理0.5
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)二胺单体和二酐单体在N
‑
甲基吡咯烷酮中进行缩聚反应，得到聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸凝胶；(2)将所得聚酰胺酸凝胶置于水中进行溶剂交换，结束后，冷冻干燥，得到聚酰胺酸细丝；(3)将所得聚酰胺酸细丝与氧化石墨烯分散在水中，混匀，得到混合分散液；(4)将所得混合分散液注入模具中，并将模具置于冷冻机中进行冷冻成型，成型后冷冻干燥，得到聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶；(5)将所得的聚酰胺酸/氧化石墨烯复合气凝胶进行高温处理，得到聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合气凝胶，即为聚酰亚胺基形状记忆复合气凝胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，二胺单体为4,4
’‑
二氨基二苯醚；二酐单体为联苯四甲酸二酐。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，二胺单体和二酐单体的摩尔比1：(0.8
‑
1.5)。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天西，郭旻皓，李乐，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：