科创中国

1. 项目总体介绍:聚酰亚胺是一种主链含有酰亚胺环且分子链具有较高刚性和分子间作用力的一种高分子材料，是通过二酸酐和二胺单体进行开环反应，后经热退火形成。在结构设计时能通过二酸酐、二胺单体的选择对聚酰亚胺分子结构进行设计，故聚酰亚胺材料的性能可调性优异。而聚酰亚胺泡沫材料是由聚酰亚胺树脂和气体组成的一种高分子材料，聚酰亚胺泡沫材料除了具有聚酰亚胺树脂优良的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、耐高低温性、低介电常数与介电损耗等，同时还具有阻燃、绝缘、吸声、隔热保温等多种特性。如今高性能的聚酰亚胺泡沫材料已开始被作为结构泡沫材料在哈勃望远镜的太阳能电池帆、“火星探测者”机器人、空客A380气封舱末端的堵头（图1）中得到了初步应用。 图1 聚酰亚胺泡沫材料的应用领域而传统聚酰亚胺泡沫材料的制备方法主要是由聚酰亚胺泡沫的自由发泡法演变而来，这种方法由于交联剂和催化剂的加入，使得交联反应快速进行的同时发泡，工艺简单但是由于交联反应时间短，获得的聚合物泡沫树脂基体分子量较低，强度不能满足特定领域的使用要求。同时由于耐高温、航天航空领域的逐步发展，对结构泡沫材料耐温性能、疏水性及阻燃性提出了新的要求，传统聚酰亚胺泡沫材料已不能满足该领域的迫切需求，因此新型耐高温聚酰亚胺泡沫材料的研发迫在眉睫。有机硅聚合物因其半有机半无机的高分子骨架，使其具有一系列优良的性能，如耐水性、耐高低温性能、憎水防潮、耐气候老化等，正是由于有机硅材料具有上述诸多优点，故有机硅材料应用非常广泛，被称作是“工业味精”。现如今有机材料已应用于建筑物的弹性密封胶、电子元器件的封装材料、仪器表用传动介质油、金属铸造用制膜材料等。故本科研团队结合有机硅与聚酰亚胺材料的优点，创新性制备了一种有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料，其目标是发展一种机械强度可调且高度疏水、能在250～300℃长期使用的泡沫材料，拓展了聚酰亚胺泡沫材料在耐高温领域的应用，同时有机硅改性聚酰亚胺材料这一工艺也能够运用于柔性涂层、胶粘剂、超疏水材料等方面。
2. 技术创新点:由于Si-O键能（460kJ/mol）高于C-C的键能（154kJ/mol），因此有机硅链段表现出优异的耐温性，虽然Si-O为极性基团，但由于有机硅链段中侧链上的非极性基团定向朝外排列，能够阻止水分子进入链段内部，故使其具有优异的耐湿性。因此本研究创新将有机硅链段引入到聚酰亚胺泡沫前驱体中，具体合成路线如图2所示，后经发泡工艺制备出了有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料，同时有机改性聚酰亚胺材料这一工艺也能适用于涂层、胶粘剂、超疏水等领域。 图2 有机硅改性聚酰亚胺复合材料的合成工艺图3为有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料的实物图，从图中可以看出，相比于传统的聚酰亚胺泡沫材料，有机硅改性后聚酰亚胺泡沫材料孔径更加均一，且不易出现压缩粉化的现象，同时通过对氨基硅油加入量的调控，该有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料机械性能可调（50%形变量是其压缩强度从***～***）。 图3 有机硅改性聚酰亚泡沫材料的实物图图4为有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料与传统聚酰亚胺泡沫材料经火焰烧蚀后的实物图，从图中可以看出有机硅改性的聚酰亚胺泡沫材料出现了自熄现象，且从燃烧后样条的截面图中可以看出，有机硅改性后其泡沫材料的内部未完全燃烧，这主要是因为有机硅链段经烧蚀后能够形成一层稳定的泡沫覆盖层，隔绝氧气，同时该泡沫层还具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外溢出的作用，能够阻止聚合物的进一步分解。 图4聚酰亚胺泡沫材料燃烧后实物图 (a) 传统聚酰亚胺泡沫材料 (b) 有机硅改性聚酰亚泡沫材料
3. 知识产权归属及相关专利说明:1) 申请号: ***) ***) ***)   ***) *** 
4.商业化概述 (市场前景):聚酰亚胺泡沫材料的研制和生产在我国还处于刚刚起步阶段，需要大量研究和实践，但由于聚酰亚胺泡沫材料良好的耐热性、较宽的使用温度、质轻、耐久性等优点逐步受到了研究者的广泛关注，正是因为上述优势聚酰亚胺泡沫材料已广泛应用于船舶舰艇领域。但是在耐高温领域，聚酰亚胺泡沫材料的应用较少，主要是因为聚酰亚胺材料长期在高温下使用时，会出现一定的热分解，因此亟待发展出一种耐高温的聚酰亚胺泡沫材料。而本研究所合成的有机硅改性聚酰亚胺泡沫材料具有优异的耐温性(T5%=400℃)，能够拓展聚酰亚胺泡沫材料在耐高温领域（如航天航空、耐高温套管）的应用，同时有机硅改性聚酰亚胺这一工艺能够改善聚酰亚胺材料的耐温性、抗湿性、机械性能等，能够运用于有机涂层、粘接剂。
5. 优先使用产业领域及地方区域:聚酰亚胺泡沫材料因其低密度、吸声、保温、耐高温性已被广泛应用于航天航空、国防、舰船及高速列车等方面，这就促使着聚酰亚胺泡沫材料向着快速、低成本化、高效的方面发展。而本研究所制备的聚酰亚胺泡沫材料其耐温性、疏水性及阻燃性能更为优异，能够拓展聚酰亚胺泡沫材料在世界各地舰船、高温管路绝热保温、天花板降噪消音及核辐射隔板等领域的应用。 
6. 初步意向交易方式及金额:    
7.行业状况《十三五材料领域科技创新专项规划》及《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等政策将聚酰亚胺及其产品列为“先进结构与复合材料”的发展重点。虽然国内对聚酰亚胺泡沫材料的需求很大，但现如今国内的聚酰亚胺泡沫材料与国外存在着差距，大多数只能停留在低端产品领域，而高机械强度、高耐温性能的聚酰亚胺泡沫材料主要被杜邦、钟渊化学等外国巨头所垄断，故在我国产业升级、关键材料国产化的背景下，国产化高性能的聚酰亚胺泡沫材料的市场空间巨大。