CN116463859A - 聚酰亚胺复合絮片及其制备方法 - Google Patents

聚酰亚胺复合絮片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚酰亚胺复合絮片及其制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)准备聚酰亚胺纳米纤维膜；(2)准备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液；(3)用低沸点有机溶剂稀释异氰酸酯，得到第二溶液；(4)将所述聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中，然后取出，使容纳在浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的所述第一溶液和所述第二溶液发生自由发泡反应，得到聚酰亚胺复合絮片中间体；(5)将所述聚酰亚胺复合絮片中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺复合絮片。所述复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫，具有良好的保暖性、压缩性和回弹性。

Description

聚酰亚胺复合絮片及其制备方法
技术领域
本发明涉及保暖材料领域，特别涉及聚酰亚胺复合絮片及其制备方法。所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫。
背景技术
在纺织品(如服装、被褥等)所使用的保暖材料中，高性能纤维絮片越来越受关注。絮片是指由植物纤维、动物纤维或化学纤维制成的供保暖、隔热或防震用的具有蓬松结构的片状物。在纺织品用保暖材料领域中，絮片作为一种松散的填充料，具有轻质保暖等优点。
在众多高性能纤维絮片原料中，聚酰亚胺具有耐高低温、阻燃、轻质、保暖、抗菌、远红外等优良性能，因而其纤维絮片产品的应用领域逐年扩大，军用和民用市场广阔。然而，这一类聚酰亚胺纤维絮片由于纤维直径较大以及纤维之间的孔径较大，在有风和/或内外温差较大时，容易造成空气在其中流动，使热量损失，进而使其保暖性下降，其保温效果一般。
纳米纤维的直径小，所得的絮片具有孔隙率高、孔径小、轻质等特点，可储存大量的静止空气，从而提高了保暖效果和隔热效果，在保暖絮片领域具有巨大的应用前景。静电纺丝(电纺)技术是制备纳米纤维最有效的方法之一，其制备的纳米纤维具有高比表面积，高孔隙率，柔韧性好和三维网格状多孔结构等特点，可储存大量的静止空气，在防寒保暖领域具有明显的应用优势。然而，现有的静电纺丝工艺制备的纳米纤维膜(如聚酰亚胺纳米纤维膜)通常厚度低，压缩性和回弹性差，保暖性能不佳，使其在实际的防寒保暖应用过程中受到很大限制。
到目前为止，已有许多有关提高纳米纤维膜蓬松度的研究的报道。在一项研究中，通过在高湿环境(湿度通常大于80％)中进行静电纺丝，得到同时具有微米和纳米尺寸的纤维絮片。然而，其纤维间仅存在轻微粘结，结构容易塌陷，压缩性和回弹性不好，影响其保暖性，且还存在制备过程中产生飞絮的问题。
在另一项研究中，通过将静电纺丝后的纳米纤维打成浆液，再进行冷冻干燥和交联固化，得到纳米纤维气凝胶材料，其具有较好的保暖性能。然而，其制备工艺复杂，制备时间较长，无法满足批量化生产及应用。
此外，聚酰亚胺泡沫是一种以气体为填充相，聚酰亚胺为基体的多孔材料，可以储存很多静止空气，具有很好的保暖性能，并具有良好的压缩性和回弹性。然而，聚酰亚胺泡沫存在柔韧性较差，容易掉粉等问题，舒适性差，无法直接作为填充物应用于防寒保暖的纺织品领域。
因此，非常有必要开发出一种工艺简单，能够快速得到兼具聚酰亚胺纳米纤维和聚酰亚胺泡沫两者优点，并克服两者缺点的复合絮片的制备方法，以满足在防寒保暖领域的应用要求。
发明内容
技术问题
本发明的第一目的是，提供一种工艺简单，能够快速得到聚酰亚胺复合絮片的制备方法，所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫。
本发明的第二目的是，提供一种蓬松状的聚酰亚胺复合絮片，所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫，具有良好的保暖性、压缩性和回弹性。
技术方案
根据本发明的第一方面，提供一种制备聚酰亚胺复合絮片的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)准备聚酰亚胺纳米纤维膜；
(2)准备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液；
(3)用低沸点有机溶剂稀释异氰酸酯，得到第二溶液；
(4)将所述聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中，然后取出，使容纳在浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的所述第一溶液和所述第二溶液发生自由发泡反应，得到聚酰亚胺复合絮片中间体；
(5)将所述聚酰亚胺复合絮片中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺复合絮片。
在一个实施方案中，在步骤(1)中，
采用二胺单体和二酐单体来合成聚酰胺酸纺丝液，然后对所述聚酰胺酸纺丝液进行静电纺丝工艺，得到聚酰胺酸纳米纤维膜，以及
将所述聚酰胺酸纳米纤维膜进行热亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺纳米纤维膜。
在一个实施方案中，在步骤(1)中，
所述二胺单体为二氨基二苯醚二胺(ODA)、双酚A型二胺(BAPP)、4,4-二氨基二苯砜(DDS)、对苯二胺(PPD)、联苯二胺(Bz)和4,4-二氨基-2,2-二甲基联苯(DMB)中的一种或多种，
所述二酐单体为联苯二酐(BPDA)、对苯二酐(PMDA)、三苯二醚二酐(HQPDA)、二苯醚二酐(ODPA)、二苯酮二酐(BTDA)和双酚A型二酐(BPADA)中的一种或多种，
所述热亚胺化处理的温度为300～450℃。
在一个实施方案中，在步骤(2)中，
将芳香二酐、低分子醇混合在极性溶剂中，加热所得混合物并反应，得到含酯化产物的溶液，然后冷却至10～50℃，再加入表面活性剂和去离子水，得到所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，以及
相对于1重量份的所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，所述低沸点有机溶剂的添加量为4～19重量份。
在一个实施方案中，在步骤(2)中，相对于100重量份的所述芳香二酐，
所述低分子醇的用量为5～25重量份，
所述表面活性剂的用量为5～30重量份，
所述去离子水的用量为5～20重量份，
所述极性溶剂的用量为80～300重量份。
在一个实施方案中，在步骤(2)中，
加热后的所述混合物的温度为60～120℃，
反应时间为1～5h，
所述芳香二酐为对苯二酐(PMDA)、二苯酮二酐(BTDA)、联苯二酐(BPDA)和二苯醚二酐(ODPA)中的一种或多种，
所述低分子醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种，
所述表面活性剂为聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和AK系列有机硅油中的一种或多种，
所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种，
所述低沸点有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和氯仿中的一种或多种。
在一个实施方案中，在步骤(3)中，
所述低沸点有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和氯仿中的一种或多种，
所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，
相对于1重量份的所述异氰酸酯，所述低沸点有机溶剂的添加量为4～19重量份。
在一个实施方案中，在步骤(4)中，
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第一溶液中，然后浸泡于所述第二溶液中；或者
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第二溶液中，然后浸泡于所述第一溶液中。
在一个实施方案中，在步骤(5)中，所述热定型固化处理的温度为150～300℃。
根据本发明的第二方面，提供一种通过上述方法制备的聚酰亚胺复合絮片，所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫，
所述聚酰亚胺复合絮片的密度小于10mg/cm3，压缩率大于80％，回复率大于90％。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下优点。
(1)本发明的制备方法工艺简单，对环境湿度依赖性不高，在常规的静电纺丝环境下就能进行静电纺丝工艺以制备聚酰胺酸纳米纤维膜，进而制备聚酰亚胺纳米纤维膜(步骤1)。例如，可以在温度为20～30℃，湿度为30～50％的纺丝环境下进行所述静电纺丝工艺，得到聚酰胺酸纳米纤维膜。
(2)本发明通过在聚酰亚胺纳米纤维膜中形成聚酰亚胺泡沫而得到具有蓬松结构的复合絮片。特别地，将聚酰亚胺纳米纤维膜先后浸泡于用于形成聚酰亚胺泡沫的第一溶液和第二溶液中，然后进行自由发泡反应，从而在聚酰亚胺纳米纤维膜的纳米纤维层之间和所述纳米纤维层内的孔隙中形成聚酰亚胺泡沫中间体，所述聚酰亚胺泡沫中间体将聚酰亚胺纳米纤维膜中的层状结构撑开，以形成蓬松状的复合絮片中间体(步骤4)。
进一步地，通过热定型固化处理，在最终的复合絮片产品中形成大量的具有局部闭孔的蜂窝结构的聚酰亚胺泡沫，其赋予复合絮片优异的压缩性和回弹性，同时有利于储存大量的静止空气，从而使保暖性能显著提升。
本发明将聚酰亚胺纳米纤维和聚酰亚胺泡沫相结合，克服了现有聚酰亚胺泡沫柔韧性较差，容易掉粉等问题，同时保持了聚酰亚胺泡沫优异的保暖性能。此外，通过聚酰亚胺泡沫使聚酰亚胺纳米纤维形成蓬松结构。
(3)本发明的制备方法可连续化进行，具有很好的产业化前景。
附图说明
本说明书的附图显示了本发明的优选实施方案，并且与上述的发明内容一起用于进一步阐明本发明的技术理念，因此本发明不应被解释为限于附图中所述的内容。同时，为了更清楚地描述，可夸大附图中的元件的形状、尺寸、刻度或比例。
图1为根据本发明一个实施方案的聚酰亚胺复合絮片的局部结构的侧视横截面的示意图。
附图标记
10含有聚酰亚胺泡沫的聚酰亚胺纳米纤维层
20聚酰亚胺泡沫层
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明进行详细描述。在本说明书和权利要求书中使用的术语或词汇不应被限制性地解释为普通或字典的定义，并且应当在发明人可以适当定义术语的概念从而以最好的可能方式来描述发明的原则的基础上解释为与本发明的技术思想相对应的含义和概念。
当未具体描述用于测量本说明书中所描述的性能或参数的条件和方法时，使用本领域技术人员通常使用的测量条件和方法来测量该性能或参数。
除非另有说明，否则本文中所使用的“％”是指重量％。
制备聚酰亚胺纳米纤维泡沫复合絮片的方法
根据本发明的第一方面，提供一种制备聚酰亚胺复合絮片的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)准备聚酰亚胺纳米纤维膜；
(2)准备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液；
(3)用低沸点有机溶剂稀释异氰酸酯，得到第二溶液；
(4)将所述聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中，然后取出，使容纳在浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的所述第一溶液和所述第二溶液发生自由发泡反应，得到聚酰亚胺复合絮片中间体；
(5)将所述聚酰亚胺复合絮片中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺复合絮片
特别地，聚酰亚胺泡沫可通过常规的一步法制备，其中，通过步骤(2)制备含聚酰亚胺泡沫前驱体的第一溶液，并通过步骤(3)制备含异氰酸酯的第二溶液；然后在步骤(4)中将第一溶液和第二溶液混合，进行自由发泡反应，得到聚酰亚胺泡沫中间体；再通过步骤(5)对所述聚酰亚胺泡沫中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺泡沫。
下文中，将针对各个步骤进行详细说明。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
对制备聚酰亚胺纳米纤维膜的方法没有特别限制，可以采用已知的制备方法。例如，采用二胺单体和二酐单体来合成聚酰胺酸纺丝液，然后对所述聚酰胺酸纺丝液进行静电纺丝工艺，得到聚酰胺酸纳米纤维膜，以及将所述聚酰胺酸纳米纤维膜进行热亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺纳米纤维膜。
对二胺单体和二酐单体没有特别限制，可以根据常规选择来确定合适的二胺单体和二酐单体。
所述二胺单体为含有两个氨基的化合物，是用于制备聚酰胺酸纺丝液的常规组分。所述二胺单体可以为二氨基二苯醚二胺(ODA)、双酚A型二胺(BAPP)、4,4-二氨基二苯砜(DDS)、对苯二胺(PPD)、联苯二胺(Bz)和4,4-二氨基-2,2-二甲基联苯(DMB)中的一种或多种。
所述二酐单体是含有两个羧酸酐基团的化合物，是用于制备聚酰胺酸纺丝液的常规组分。所述二酐单体可以为联苯二酐(BPDA)、对苯二酐(PMDA)、三苯二醚二酐(HQPDA)、二苯醚二酐(ODPA)、二苯酮二酐(BTDA)和双酚A型二酐(BPADA)中的一种或多种。
静电纺丝是一种简单且有效的生产微米至纳米尺度纤维的技术，其使带静电的高分子溶液在静电场中流动变形，经溶剂蒸发而固化，从而形成纤维状物质。通过静电纺丝可以简便有效地制备连续纳米纤维。
对聚酰胺酸纳米纤维膜的长度没有限制，可以为任意长度，例如1m以上、10m以上、100m以上、或1000m以上等。
对聚酰胺酸纳米纤维膜的宽度没有限制，可以通过制造设备中的导电金属带的宽度来调节，或者可以通过后续的裁剪来调节。
聚酰胺酸纳米纤维膜的厚度可以根据需要确定，一般可以为0.1～1mm。
热亚胺化是指在高温下使聚酰胺酸脱水环化而得到聚酰亚胺，是用于制备聚酰亚胺的常规步骤。通过热亚胺化处理，可以使聚酰胺酸纳米纤维膜脱水环化得到聚酰亚胺纳米纤维膜。热亚胺化的温度可以为300～450℃。如果温度太低，那么聚酰胺酸的亚胺化可能不完全，影响使用性能；而如果温度太高，那么所得的聚酰亚胺会发生降解，也影响使用性能。
步骤(2)：制备第一溶液
准备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
具体地，可以将芳香二酐、低分子醇混合在极性溶剂中，加热所得混合物并反应，得到含酯化产物的溶液，所述溶液为透明溶液。然后冷却至10～50℃，再加入表面活性剂和去离子水，得到所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
制备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液的原料组分的重量比可以为如下。相对于100重量份的所述芳香二酐，
所述低分子醇的用量可以为5～25重量份，优选9～20重量份，更优选12～16重量份；
所述表面活性剂的用量可以为5～30重量份，优选10～25重量份，更优选15～20重量份；
所述去离子水的用量可以为5～20重量份，优选8～18重量份，更优选10～15重量份；
所述极性溶剂的用量可以为80～300重量份，优选90～200重量份，更优选100～150重量份。
加热后的混合物的温度(即，反应温度)可以为60～120℃，优选70～110℃，最优选80～100℃。如果温度过高，则会增加反应副产物，影响其性能；如果温度过低，则反应不充分，影响其后续聚酰亚胺泡沫的性能，从而影响聚酰亚胺复合絮片的性能。
反应时间可以为1～5h，优选1.5～4h，最优选2～3h。如果反应时间过短，则芳香二酐不能充分和低分子醇进行酯化反应，使后续的聚酰亚胺泡沫容易发生降解，从而影响其絮片性能；如果反应时间过长，其酯化程度变化不大，降低工艺效率。
可以将含酯化产物的溶液的温度冷却至10～50℃，优选15～40℃，更优选20～30℃。如果温度过高，则后续加入的表面活性剂容易失效，影响泡孔稳定性，从而影响产品性能；如果温度过低，则会降低后续加入表面活性剂的溶解度，影响泡孔的尺寸及分布均匀性，从而影响产品性能。
对芳香二酐、低分子醇、表面活性剂、极性溶剂、低沸点有机溶剂的材料类型都没有特殊限制，可以为本领域中的常用材料。。
例如，所述芳香二酐可以为对苯二酐(PMDA)、二苯酮二酐(BTDA)、联苯二酐(BPDA)和二苯醚二酐(ODPA)中的一种或多种。
所述低分子醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种。
所述表面活性剂可以为聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和AK系列有机硅油中的一种或多种。
所述极性溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种。
所述低沸点有机溶剂是指蒸发速度快、易干燥、粘度低的有机溶剂。例如，所述低沸点有机溶剂可以为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和氯仿中的一种或多种。所述低沸点有机溶剂的沸点通常为100℃以下。如果沸点太高，那么不容易去除溶剂，会影响絮片的使用安全性。
可以用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。相对于1重量份的所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，所述低沸点有机溶剂的添加量可以为4～19重量份，优选8～16重量份，更优选10～13重量份。如果低沸点有机溶剂的添加量过小，那么在后续步骤中的聚酰亚胺纳米纤维中的孔隙会被泡沫阻塞过多，降低其孔隙率，影响储存的空气量。如果低沸点有机溶剂的添加量过大，那么在后续的自由发泡反应中，聚酰亚胺泡沫撑开力过小，影响絮片的厚度，还会导致聚酰亚胺纳米纤维孔隙中形成的局部闭孔结构量少，影响保暖性能。
步骤(3)：制备第二溶液
用低沸点有机溶剂稀释异氰酸酯，得到第二溶液。所述第二溶液用于制备聚酰亚胺泡沫。
关于所述低沸点有机溶剂的描述与上述步骤(2)中的低沸点有机溶剂相同。
对异氰酸酯的种类没有特别限制，例如，异氰酸酯可以为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
相对于1重量份的所述异氰酸酯，所述低沸点有机溶剂的添加量可以为4～19重量份，优选8～16重量份，更优选10～13重量份。如果低沸点有机溶剂的添加量过小，那么在后续步骤中聚酰亚胺纳米纤维中的孔隙会被泡沫阻塞过多，降低其孔隙率，影响储存的空气量。如果低沸点有机溶剂的添加量过大，那么在后续的自由发泡反应中，聚酰亚胺泡沫的撑开力过小，影响絮片的厚度，还会导致聚酰亚胺纳米纤维的孔隙中形成的局部闭孔结构量少，影响保暖性能。
对步骤(1)、(2)和(3)的实施顺序没有特别限制，例如，可以为(1)/(2)/(3)、(1)/(3)/(2)、(2)/(1)/(3)、(2)/(3)/(1)、(3)/(1)/(2)、(3)/(2)/(1)中的任意一种顺序。
步骤(4)：制备聚酰亚胺复合絮片中间体
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中，然后取出，使容纳在浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的所述第一溶液和所述第二溶液发生自由发泡反应，得到聚酰亚胺复合絮片中间体。
对聚酰亚胺纳米纤维膜的浸泡顺序没有特别限制，可以将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第一溶液中，然后浸泡于所述第二溶液中；或者可以将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第二溶液中，然后浸泡于所述第一溶液中。
对浸泡时间没有特别限制。例如，每次浸泡的时间可以为1～30分钟，比如10～20分钟。
在将聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于第一溶液和第二溶液中并取出之后，第一溶液和第二溶液在聚酰亚胺纳米纤维膜的孔隙中混合，然后可以在常温(例如15～30℃，优选20～25℃)下就可以进行自由发泡反应。所述自由发泡是指聚酰亚胺泡沫前驱体溶液与异氰酸酯反应，形成聚酰亚胺泡沫中间体。反应时间通常为0.5～2小时，例如约1小时。
所得到的聚酰亚胺泡沫中间体会将聚酰亚胺纳米纤维膜的层状结构撑开，形成蓬松结构；此外，所述聚酰亚胺泡沫中间体会填充在聚酰亚胺纳米纤维的孔隙中形成局部闭孔的蜂窝结构，从而得到聚酰亚胺复合絮片中间体。
步骤(5)：制备聚酰亚胺复合絮片
将所述聚酰亚胺复合絮片中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺复合絮片。所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫。
热定型固化处理用于使聚酰亚胺泡沫中间体的结构稳定化。热定型固化处理的温度通常可以为150～300℃，优选200～270℃，更优选220～260℃。如果温度过低，那么所得泡沫的结构会不稳定，易塌陷，导致最终絮片的压缩性和回弹性降低。如果温度过高，那么所得泡沫的结构会塌陷，也会导致最终絮片的压缩性和回弹性降低。
热定型固化处理的时间可以为0.5～4h，优选1～3h，更优选1～2h。如果固化时间过短，也会导致所得泡沫的结构不稳定，易塌陷，导致最终絮片的压缩性和回弹性降低。如果固化时间过长，易出现塌泡等缺陷，降低絮片的质量。
聚酰亚胺复合絮片
根据本发明的第二方面，本发明提供一种聚酰亚胺复合絮片，所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫。所述聚酰亚胺复合絮片可通过本发明的上述方法制得。
聚酰亚胺复合絮片的密度可以小于10mg/cm3，优选小于8mg/cm3，更优选5mg/cm3；
压缩率大于80％，优选大于85％，更优选大于90％；
回复率大于90％，优选大于92％，更优选95％。
对聚酰亚胺复合絮片的厚度没有特别限制。例如，在絮片克重为15g/m2的情况下，厚度可大于4mm。
复合絮片的密度可以通过如下测量：首先，依据GB/T 24218.1-2009(纺织品非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定)测量其面密度；然后，依据GB/T 24218.2-2009(纺织品非织造布试验方法第2部分：厚度的测定)测量其厚度；接着，通过面密度除以厚度，即可得到密度。
絮片的压缩率、回复率可以依据FZ/T 64003-2021(喷胶棉絮片)附录A的测试方法进行测量。
在一个实施方案中，所述聚酰亚胺复合絮片具有如图1所示的局部结构，其中两个聚酰亚胺纳米纤维层10各自含有填充在其孔隙中的聚酰亚胺泡沫；此外，聚酰亚胺泡沫层20填充在所述两个聚酰亚胺纳米纤维层10之间。
图1仅仅示意性地显示了复合絮片中的三个层，在实际的复合絮片中可以包含更多的层。此外，两个聚酰亚胺纳米纤维层10的厚度可以彼此相同或不同；聚酰亚胺纳米纤维层10和聚酰亚胺泡沫层20的厚度也可以各自增大或减小。
实施例
下文中，将参考实施例对本发明进行详细描述，以具体描述本发明。然而，本发明的实施例可以修改为各种其他形式，并且本发明的范围不应被解释为限于下面描述的实施例。提供本发明的实施例以向本领域普通技术人员更完整地描述本发明。
下列实施例中的实验方法如果未注明具体条件，通常是本领域的常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料和设备，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和设备。
如下基于相同的面密度(又称克重，g/m2)制备实施例1～6的聚酰亚胺复合絮片、比较例1的聚酰亚胺纳米纤维膜和比较例2的聚酰亚胺纳米纤维絮片，并对它们的保暖性能、压缩率和回复率进行比较。
实施例1(制备聚酰亚胺复合絮片)
通过如下步骤制备聚酰亚胺复合絮片。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按1:0.5:0.5的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、147.1g(0.5mol)联苯二酐(BPDA)、109.1g(0.5mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)，另外准备2396.1g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为25KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为300μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜送入5m长的链式炉，进行热亚胺化处理。所述链式炉有5个温区，入口端到出口端的温度依次为100～390℃，纳米纤维膜的移动速度为0.5m/min。
通过上述热亚胺化处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g均苯四甲酸二酐(PMDA)和13g甲醇，混合在100g N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，升温至85℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液，然后停止加热，降温至25℃。然后加入16g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和12g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用2651g丙酮稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g多亚甲基多苯基多异氰酸酯，加入到2200g丙酮中，搅拌均匀，得到第二溶液。
步骤(4)：制备聚酰亚胺复合絮片中间体
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先后浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中各15min，然后取出。使浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的第一溶液和第二溶液发生自由发泡反应，反应时间为1小时，得到厚度为4.2mm的聚酰亚胺复合絮片中间体。
步骤(5)：制备聚酰亚胺复合絮片
将所述聚酰亚胺复合絮片中间体在260℃下进行热固化定型处理1.5h，得到聚酰亚胺复合絮片，其面密度为16g/m2，密度为4mg/cm3，厚度为4mm。
实施例2(采用不同的单体制备聚酰亚胺纳米纤维膜，以及采用不同的泡沫前驱体制备聚酰亚胺泡沫)
通过和实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺复合絮片，不同之处在于以下步骤。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按1:0.3:0.7的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、88.3g(0.3mol)联苯二酐(BPDA)、152.7g(0.7mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)，另外准备2405.3g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为15.5％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为28KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为290μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g均苯四甲酸二酐(PMDA)和12g甲醇，混合在120g N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，升温至90℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液。然后停止反应，降温至25℃。然后加入15g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和12g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用2849g四氢呋喃稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g多亚甲基多苯基多异氰酸酯，加入到2200g四氢呋喃中，搅拌均匀，得到第二溶液。
所得复合絮片的面密度为16g/m2，密度为5mg/cm3，厚度为3.2mm。
实施例3(采用不同的单体制备聚酰亚胺纳米纤维膜，以及采用不同的泡沫前驱体制备聚酰亚胺泡沫)
通过和实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺复合絮片，不同之处在于以下步骤。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按0.8:0.2:1的摩尔比准备160.2g(0.8mol)二苯醚二胺(ODA)、42.5g(0.2mol)4,4-二氨基-2,2-二甲基联苯(DMB)、218.1g(1mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)，另外准备2209.2g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为25KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为310μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g二苯酮二酐(BTDA)和14g甲醇，混合在130g N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，升温至90℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液，然后停止反应，降温至25℃。然后加入18g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和13g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用3300g无水乙醇稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g多亚甲基多苯基多异氰酸酯，加入到2400g无水乙醇中，搅拌均匀，得到第二溶液。
所得复合絮片的面密度为16g/m2，密度为4mg/cm3，厚度为4mm。
实施例4(采用不同的单体制备聚酰亚胺纳米纤维膜，以及采用不同的泡沫前驱体制备聚酰亚胺泡沫)
通过和实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺复合絮片，不同之处在于以下步骤。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按0.6:0.4:0.7:0.3的摩尔比准备120.1g(0.6mol)二苯醚二胺(ODA)、164.2g(0.4mol)双酚A型二胺(BAPP)、152.7g(0.7mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)和88.3g(0.3mol)联苯二酐(BPDA)，另外准备2757.8g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为29KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为300μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g二苯酮二酐(BTDA)和15g丙醇，混合在150g N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，升温至85℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液，然后停止反应，降温至25℃。然后加入17g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和13g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用3245g丙酮稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g四亚甲基二异氰酸酯，加入到2200g丙酮中，搅拌均匀，得到第二溶液。
所得复合絮片的面密度为16g/m2，密度为4mg/cm3，厚度为4mm。
实施例5(采用不同的单体制备聚酰亚胺纳米纤维膜，以及采用不同的泡沫前驱体制备聚酰亚胺泡沫)
通过和实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺复合絮片，不同之处在于以下步骤。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按1:0.4:0.6的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、87.2g(0.4mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)和312.3g(0.6mol)双酚A型二酐(BPADA)，另外准备3034.8g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16.5％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为30KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为330μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g二苯酮二酐(BTDA)和15g甲醇，混合在110g N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，升温至95℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液，然后停止反应，降温至25℃。然后加入18g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和15g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用3096g丙酮稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g甲苯二异氰酸酯，加入到2400g丙酮中，搅拌均匀，得到第二溶液。
所得复合絮片的面密度为16g/m2，密度为4mg/cm3，厚度为4mm。
实施例6(采用不同的单体制备聚酰亚胺纳米纤维膜，以及采用不同的泡沫前驱体制备聚酰亚胺泡沫)
通过和实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺复合絮片，不同之处在于以下步骤。
步骤(1)：准备聚酰亚胺纳米纤维膜
按1:0.8:0.2的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、174.5g(0.8mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)和62g(0.2mol)二苯醚二酐(ODPA)，另外准备2292.7g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为25KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.06m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为3m、宽度为0.9m、厚度为300μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
步骤(2)：制备第一溶液
取100g均苯四甲酸二酐(PMDA)和13g异丙醇，混合在100g N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，升温至95℃，反应2h，得到含酯化产物的溶液。然后停止反应，降温至30℃。然后加入16g聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和11g去离子水，搅拌均匀，得到聚酰亚胺泡沫前驱体溶液。
接着，用2640g丙酮稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液。
步骤(3)：制备第二溶液
取200g多亚甲基多苯基多异氰酸酯加入到2200g丙酮中，搅拌均匀，得到第二溶液。
所得复合絮片的面密度为16g/m2，密度为4mg/cm3，厚度为4mm。
比较例1(只包含聚酰亚胺纳米纤维，无聚酰亚胺泡沫成分)
按1:0.5:0.5的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、147.1g(0.5mol)联苯二酐(BPDA)、109.1g(0.5mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)，另外准备2396.1g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用按顺序排列在一条线上的6组喷丝头(每组含40个喷丝针尖)，对所述聚酰胺酸纺丝液在电场强度为25KV/m的电场中进行静电纺丝。所形成的聚酰胺酸纳米纤维落在移动速度为0.04m/min的导电不锈钢带上。静电纺丝的时间为50min，得到长度为2m、宽度为0.9m、厚度为450μm的聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜以与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。
所述聚酰亚胺纳米纤维膜的面密度为16g/m2，密度为400mg/cm3，厚度为0.04mm。
比较例2(通过高湿环境制备聚酰亚胺纳米纤维絮片，其不包含聚酰亚胺泡沫)
按1:0.5:0.5的摩尔比准备200.2g(1mol)二苯醚二胺(ODA)、147.1g(0.5mol)联苯二酐(BPDA)、109.1g(0.5mol)均苯四甲酸二酐(PMDA)，另外准备2396.1g溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。将它们在聚合反应釜中搅拌12h，得到质量分数为16％的聚酰胺酸纺丝液。
使用含1组喷丝头(其含3个喷丝针尖)的静电纺丝装置对所述聚酰胺酸纺丝液在湿度为80％，电场强度为35KV/m的电场中进行静电纺丝，得到聚酰胺酸纳米纤维。用带负电压的滚筒接收所述聚酰胺酸纳米纤维。静电纺丝的时间为5h，得到长度为0.8m、宽度为0.5m、厚度为3mm的蓬松状聚酰胺酸纳米纤维膜。
然后，将上述聚酰胺酸纳米纤维膜与实施例1同样的热亚胺化条件处理，得到聚酰亚胺纳米纤维絮片。
所述聚酰亚胺纳米纤维絮片的面密度为16g/m2，密度为8mg/cm3，厚度为2mm。
实验例1保暖性能的测量
对实施例1～6和比较例1～2的产品的保暖性能进行比较。所述产品的保暖性能用克罗值来表示，其可以依据GB/T 11048-2018(纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定)测量。
具体地，使用织物保暖性能测试仪(温州市大荣纺织仪器有限公司，型号YG(B)606E)依据GB/T 11048-2018测量了实施例1～6、比较例1和2的产品的克罗值。结果如下表1所示。
表1：产品的克罗值
克罗值(单位：m2·K/W)
实施例1 0.75
实施例2 0.72
实施例3 0.78
实施例4 0.69
实施例5 0.82
实施例6 0.76
比较例1 0.15
比较例2 0.39
由表1可知，通过本发明的方法制备的实施例1～6的聚酰亚胺复合絮片的克罗值明显较大，说明保暖效果优异。
特别地，通过实施例1和比较例1～2的产品的克罗值可以看出，因为在复合絮片中包含了聚酰亚胺泡沫成分，可明显提高所得絮片的保暖性。
实验例2压缩率和回复率的测量
依据FZ/T 64003-2021喷胶棉絮片附录A的测试方法对实施例1～6和比较例1的产品的压缩率和回复率进行测量。结果如下表2所示。
表2：产品的压缩率和回复率
压缩率％ 回复率％
实施例1 82 95
实施例2 81 93
实施例3 82 91
实施例4 81 94
实施例5 83 92
实施例6 84 93
比较例1 8 3
比较例2 75 15
由表2可知，本发明的实施例1～6的聚酰亚胺复合絮片的压缩率和回复率都较高，适用于保暖领域。
与此相比，比较例1的聚酰亚胺纳米纤维膜的压缩率和回复率明显较低，蓬松结构差，不适用于保暖领域；
比较例2的纳米纤维絮片的压缩率虽然较高，但回复率明显较低，也不适用于保暖材料领域。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种制备聚酰亚胺复合絮片的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)准备聚酰亚胺纳米纤维膜；
(2)准备聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，然后用低沸点有机溶剂稀释所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，得到第一溶液；
(3)用低沸点有机溶剂稀释异氰酸酯，得到第二溶液；
(4)将所述聚酰亚胺纳米纤维膜分别浸泡于所述第一溶液和所述第二溶液中，然后取出，使容纳在浸泡后的聚酰亚胺纳米纤维膜中的所述第一溶液和所述第二溶液发生自由发泡反应，得到聚酰亚胺复合絮片中间体；
(5)将所述聚酰亚胺复合絮片中间体进行热定型固化处理，得到聚酰亚胺复合絮片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，
采用二胺单体和二酐单体来合成聚酰胺酸纺丝液，然后对所述聚酰胺酸纺丝液进行静电纺丝工艺，得到聚酰胺酸纳米纤维膜，以及
将所述聚酰胺酸纳米纤维膜进行热亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺纳米纤维膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，
所述二胺单体为二氨基二苯醚二胺(ODA)、双酚A型二胺(BAPP)、4,4-二氨基二苯砜(DDS)、对苯二胺(PPD)、联苯二胺(Bz)和4,4-二氨基-2,2-二甲基联苯(DMB)中的一种或多种，
所述二酐单体为联苯二酐(BPDA)、对苯二酐(PMDA)、三苯二醚二酐(HQPDA)、二苯醚二酐(ODPA)、二苯酮二酐(BTDA)和双酚A型二酐(BPADA)中的一种或多种，
所述热亚胺化处理的温度为300～450℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，
将芳香二酐、低分子醇混合在极性溶剂中，加热所得混合物并反应，得到含酯化产物的溶液，然后冷却至10～50℃，再加入表面活性剂和去离子水，得到所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，以及
相对于1重量份的所述聚酰亚胺泡沫前驱体溶液，所述低沸点有机溶剂的添加量为4～19重量份。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，相对于100重量份的所述芳香二酐，
所述低分子醇的用量为5～25重量份，
所述表面活性剂的用量为5～30重量份，
所述去离子水的用量为5～20重量份，
所述极性溶剂的用量为80～300重量份。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，
加热后的所述混合物的温度为60～120℃，
反应时间为1～5h，
所述芳香二酐为对苯二酐(PMDA)、二苯酮二酐(BTDA)、联苯二酐(BPDA)和二苯醚二酐(ODPA)中的一种或多种，
所述低分子醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或多种，
所述表面活性剂为聚二甲基硅氧烷共聚多元醇和AK系列有机硅油中的一种或多种，
所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种，
所述低沸点有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和氯仿中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，
所述低沸点有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和氯仿中的一种或多种，
所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，
相对于1重量份的所述异氰酸酯，所述低沸点有机溶剂的添加量为4～19重量份。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第一溶液中，然后浸泡于所述第二溶液中；或者
将所述聚酰亚胺纳米纤维膜先浸泡于所述第二溶液中，然后浸泡于所述第一溶液中。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(5)中，所述热定型固化处理的温度为150～300℃。
10.一种通过权利要求1所述的方法制备的聚酰亚胺复合絮片，所述聚酰亚胺复合絮片包含作为基体的聚酰亚胺纳米纤维和作为填充物的聚酰亚胺泡沫，
所述聚酰亚胺复合絮片的密度小于10mg/cm3，压缩率大于80％，回复率大于90％。
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