東華大學朱美芳院士/葉長懷團隊 AFM：基于CO2發泡方法制備超高透明度、優異力學性能的柔性聚酰亞胺納米發泡材料用于隔熱保溫
2024-08-26 來源：高分子科技
聚合物發泡材料具有優異的隔熱保溫性能，然而多孔結構對可見光的強烈散射導致不透明的特性限制了其在很多場景的應用，比如節能窗戶領域。消除泡孔對可見光的米氏散射實現高透明度的光學特性通常需要將發泡材料的孔徑減小至40 納米以下。盡管CO2發泡技術可以在微米到納米尺度范圍內對泡孔尺寸進行較好的調控，然而較低的成核速率和嚴重的氣泡聚并限制了其獲得均一且小于40納米的CO2發泡材料。因此，目前文獻中尚未有高透明度、低霧度聚合物CO2發泡材料的報道。
東華大學材料科學與工程學院葉長懷教授、朱美芳院士團隊報道了一種制備高透光度、低霧度聚酰亞胺CO2發泡材料的方法。研究人員以合成的含氟聚酰亞胺聚合物作為發泡基體，利用含氟聚合物對CO2的高親和性，顯著提高聚合物基體對CO2的吸附量，從而極大提高CO2發泡過程的氣泡成核速率。同時，聚酰亞胺分子鏈的剛性結構可以最大限度抑制氣泡生長過程的氣泡聚并現象，從而制備具有極小孔徑（平均孔徑<10 nm）的CO2發泡材料。當CO2吸附溫度為-5°C，吸附壓力為15MPa時，含氟聚酰亞胺的CO2飽和吸附量達到70 wt%。在這個條件下，當發泡溫度為160 °C時，所得的CO2發泡材料平均孔徑僅為5.8 nm。（圖1）
圖1 (a) 不同吸附溫度和壓力下含氟聚酰亞胺（FPI）的CO2飽和吸收量；(b) FPI泡沫的密度、孔隙率；(c) 平均孔徑；(d) SAXS數據擬合結果；(e) SAXS擬合結果得出的孔徑分布；(f) SEM圖像統計得到的孔徑分布；(g1-g4) 使用-5°C、10°C、25°C和40°C CO2吸附溫度制備的FPI泡沫的SEM圖像；(h1-h4) 相應的發泡材料的照片。
圖3 納米孔和微米孔CO2發泡材料的力學性能對比
圖4 (a) 透明納米泡沫、微米級不透明泡沫的實測熱導率，以及透明納米泡沫的計算熱導率；(b) 不同孔隙率FPI納米泡沫中由固相和氣相貢獻的計算熱導率；(c) 放置在玻璃載片上的FPI納米泡沫和無孔FPI薄膜在 (C1) 50°C、(C2) 100°C、(C3) 150°C 和 (C4) 200°C 時的紅外熱成像。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202409498
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（責任編輯：xu）
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