东华大学朱美芳院士/叶长怀团队 AFM：基于CO2发泡方法制备超高透明度、优异力学性能的柔性聚酰亚胺纳米发泡材料用于隔热保温
2024-08-26 来源：高分子科技
聚合物发泡材料具有优异的隔热保温性能，然而多孔结构对可见光的强烈散射导致不透明的特性限制了其在很多场景的应用，比如节能窗户领域。消除泡孔对可见光的米氏散射实现高透明度的光学特性通常需要将发泡材料的孔径减小至40 纳米以下。尽管CO2发泡技术可以在微米到纳米尺度范围内对泡孔尺寸进行较好的调控，然而较低的成核速率和严重的气泡聚并限制了其获得均一且小于40纳米的CO2发泡材料。因此，目前文献中尚未有高透明度、低雾度聚合物CO2发泡材料的报道。
东华大学材料科学与工程学院叶长怀教授、朱美芳院士团队报道了一种制备高透光度、低雾度聚酰亚胺CO2发泡材料的方法。研究人员以合成的含氟聚酰亚胺聚合物作为发泡基体，利用含氟聚合物对CO2的高亲和性，显著提高聚合物基体对CO2的吸附量，从而极大提高CO2发泡过程的气泡成核速率。同时，聚酰亚胺分子链的刚性结构可以最大限度抑制气泡生长过程的气泡聚并现象，从而制备具有极小孔径（平均孔径<10 nm）的CO2发泡材料。当CO2吸附温度为-5°C，吸附压力为15MPa时，含氟聚酰亚胺的CO2饱和吸附量达到70 wt%。在这个条件下，当发泡温度为160 °C时，所得的CO2发泡材料平均孔径仅为5.8 nm。（图1）
图1 (a) 不同吸附温度和压力下含氟聚酰亚胺（FPI）的CO2饱和吸收量；(b) FPI泡沫的密度、孔隙率；(c) 平均孔径；(d) SAXS数据拟合结果；(e) SAXS拟合结果得出的孔径分布；(f) SEM图像统计得到的孔径分布；(g1-g4) 使用-5°C、10°C、25°C和40°C CO2吸附温度制备的FPI泡沫的SEM图像；(h1-h4) 相应的发泡材料的照片。
图3 纳米孔和微米孔CO2发泡材料的力学性能对比
图4 (a) 透明纳米泡沫、微米级不透明泡沫的实测热导率，以及透明纳米泡沫的计算热导率；(b) 不同孔隙率FPI纳米泡沫中由固相和气相贡献的计算热导率；(c) 放置在玻璃载片上的FPI纳米泡沫和无孔FPI薄膜在 (C1) 50°C、(C2) 100°C、(C3) 150°C 和 (C4) 200°C 时的红外热成像。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202409498
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（责任编辑：xu）
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