[發明專利]一種聚酰亞胺增強的粘土氣凝膠材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010569307.5
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102153102A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 王凱;詹茂盛;吳畏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;C09K3/00;C09K21/14;B01J32/00
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技術領域

本發明涉及一種氣凝膠材料及其制備方法，具體來說，涉及一種聚酰亞胺增強的粘土氣凝膠材料及其制備方法，所述聚酰亞胺增強的粘土氣凝膠材料可用作隔熱材料、降噪材料、阻燃材料和催化劑載體等。

背景技術

氣凝膠是一種超輕的以氣體為分散介質的具有三維網絡結構的多孔性凝聚態物質，孔隙率一般為80～99.8％，比表面積一般為200～1000m²/g，密度通常低于0.1g/cm³。正是這種獨特的物質結構，使得它在力學、聲學、熱學、光學等方面具有許多特殊的性質，如低表觀密度、低楊氏模量、低聲阻抗、低熱導率、低折射率和典型的分形結構等，因此氣凝膠材料在隔熱、隔音、電容器、傳感器、充電電池、粒子探測器、催化劑及催化劑載體等方面具有廣闊的應用前景。

自1931年Kistler制備出首個SiO₂氣凝膠以來，陸續出現了碳氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、二氧化鈦氣凝膠、纖維素氣凝膠以及有機氣凝膠等其它氣凝膠。近年來，因粘土來源廣泛和低毒性，粘土氣凝膠材料引起了人們的廣泛關注。粘土氣凝膠通常通過超臨界干燥法、冷凍干燥法制得，然而該材料一個普遍的問題是機械性能較差，在應力作用下非常容易被壓碎或產生不可逆轉的損壞。

研究者一般在粘土中添加聚合物或纖維對其進行增強處理，有效地提高了它的機械性能。Arndt等人制備了丁二醇二縮水甘油醚-三乙烯四胺熱固性環氧樹脂增強的粘土氣凝膠材料，其密度為0.05～0.18g/cm³，壓縮模量為170～708kPa，在水中穩定性良好，但起始分解溫度均在250℃附近，其中20w/v％聚合物含量的氣凝膠復合材料壓縮回彈率最高可達95％(Elastic?low?density?epoxy/clay?aerogel?composites，J.Mater.Chem.，2007，17，3525～3529)。

Finlay等人制備了纖維增強的粘土氣凝膠復合材料，發現除微晶纖維素外，其它蛋白質和纖維素類的纖維均能提高粘土氣凝膠的壓縮模量，其中含0.5wt％亞麻纖維和5wt％粘土的氣凝膠平均壓縮模量可達93±22kPa，2.5wt％PVOH增強的5wt％粘土氣凝膠的密度和壓縮模量分別為0.07g/cm³和1600±208kPa，此外5wt％動物絲增強的2.5％PVOH/5％粘土氣凝膠復合材料的密度和壓縮模量分別為0.121g/cm³和8857±1521kPa(Biologically?Based?Fiber-Reinforced/Clay?Aerogel?Composites，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，615～619)。

Alhassan等人探討了NaCl和PVOH對粘土氣凝膠機械性能的影響，發現樣品的機械強度主要取決于PVOH的濃度，僅在較低PVOH濃度時樣品的壓縮模量和屈服強度對NaCl含量較為敏感，得到的1％～5％PVOH增強的5％粘土氣凝膠材料壓縮模量為229～4570kPa(Influence?of?Electrolyte?and?Polymer?Loadings?on?Mechanical?Properties?of?Clay?Aerogels，Langmuir?2010，26(14)，12198～12202)。

Johnson?III等人制備了枝化環乙亞胺增強的粘土氣凝膠材料，得到的2.5％環乙亞胺增強的2.5％粘土氣凝膠密度為0.075g/cm³，壓縮模量為270kPa，在對該氣凝膠進行硅化處理后，其壓縮模量為1.3～8.6MPa，而密度會增至0.20～0.31g/cm³，同時其它機械性能也得到大大增強(Mineralization?of?Clay/Polymer?Aerogels：A?Bioinspired?Approach?to?Composite?Reinforcement，Applied?Materials&Interfaces?1，1305～1309)。

Bandi等人制備了粘土氣凝膠-異丙基丙烯酰胺復合材料，其保持了較低的密度(0.05～0.07g/cm³)，在水中穩定性良好，且表現出與未改性聚異丙基丙烯酰胺類似的低臨界溶液溫度特征(Temperature-Responsive?Clay?Aerogel-Polymer?Composites，Macromolecules?2005，38，9216～9220)。