[發明專利]一種透明、柔性的纖維素氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201210015283.8
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN103205015A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 余堅;米勤勇;張軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/11;C08L1/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種透明、柔性的纖維素氣凝膠及其制備方法。

背景技術

氣凝膠材料是近年發展起來的新型功能材料，是一類由無機或有機分子相互聚結成納米多孔網絡結構的固態材料。一般具有以下特性：低密度，低熱導率，高孔隙率，大比表面積，豐富且結構可控的納米孔洞，并具有一定的透明性等。在實際應用中，氣凝膠材料有著十分廣闊的應用前景，可以作為隔熱保溫材料、聲阻抗耦合材料、新型氣體過濾器、超級電容材料、新型催化劑或催化劑載體等。目前，研究和應用最多的氣凝膠材料是無機的硅基氣凝膠。

早在1931年，美國斯坦福大學的Kistler等人(Kistler?S?S，et?al.Nature，1931，227，741.)就通過水解水玻璃，經過溶膠-凝膠的過程，用超臨界干燥技術制得了SiO₂氣凝膠。由于當時制備工藝嚴格及成本昂貴，限制了其應用。直到1974年Cantin等(CantinM，et?al.J.Nucl.Instrum.Methods，1974，118，177.)首次報道使用硅氣凝膠在契倫科夫輻射中作為檢測器，氣凝膠材料開始進入實際應用階段。目前，國內的氣凝膠制備相關的發明專利已有近二百篇，如CN1060749C，CN1105679C，CN1135136C，CN1136963C，CN1984843A等，發明的范圍涉及硅氣凝膠，炭氣凝膠，雙組分復合氣凝膠和功能化氣凝膠等。

纖維素類氣凝膠的制備是近年來的研究熱點，國內外已有多篇文獻報道。在實際使用中，纖維素氣凝膠除具有一般氣凝膠材料的特性外，還具有無機氣凝膠無法具備的許多優點(如柔韌性好、容易進行二次加工、制備過程簡單、結構可控等)；同時，纖維素又是地球上儲量豐富的綠色可再生資源。因此，纖維素類氣凝膠是一類應用前景廣闊、極具開發價值的新材料。

已有文獻報道的纖維素氣凝膠制備的主要方法是將纖維素或纖維素衍生物溶解在其直接溶劑中制得均一的溶液，再用凝固浴使纖維素凝固再生得到纖維素凝膠，經超臨界干燥或冷凍干燥去除溶劑，最后得到纖維素類氣凝膠。最早報道的纖維素氣凝膠是由Tan等人(Tan?C，et?al.Advanced?Material，2001，13，644.)用纖維素酯(醋酸纖維素)制得的。隨后，又有多篇文獻報道了纖維素氣凝膠的制備，主要有：Jin等人(JinH，et?al.Colloids?and?Surfaces?A：Physico.chem.Eng.Aspects，2004，240，63)用Ca(SCN)₂溶解纖維素，用甲醇作為凝固浴，經冷凍干燥制備了纖維素氣凝膠；Innerlohinger等人(Innerlohinger?J，et?al.Macromolecular?Symposium，2006，244，126.)在NMMO/水體系中溶解纖維素，然后用不同凝固浴使纖維素再生，再進行超臨界干燥，得到纖維素氣凝膠；Phisalaphong等(Phisalaphong?M，et?al.Journal?of?Applied?Polymer?Science，2008，107，292.)將纖維素溶解于NaOH/尿素體系中，在CaCl₂/HCl中凝固再生，經超臨界干燥后得到纖維素氣凝膠；Liebner等人(Liebner?F，et?al.Macromolecular?Bioscience，2010，10，349.)制備成了纖維素納米晶須的纖維素氣凝膠，其密度僅為8mg/cm³。以上文獻中所制得的纖維素類氣凝膠均具有氣凝膠的基本特征，即具有低密度、大比表面積、高孔隙率等。

室溫離子液體(RTILs)是近年來發展起來的一類極具應用前景的纖維素的綠色溶劑，已被廣泛用于纖維素的溶解、加工和反應。將纖維素加到離子液體中，在一定的溫度下施以機械攪拌，可以制得透明均勻的纖維素/離子液體溶液。在纖維素/離子液體溶液中，纖維素分子中存在的大量羥基，使纖維素很容易通過氫鍵形成凝膠。目前，以纖維素/離子液體溶液制備纖維素氣凝膠材料也已有文獻報道(Tsioptsias?C，et?al.Green?Chemistry，2008，10，965；Deng?ML，et?al.Material?Letters，2009，63，1851；Sescousse?R，et?al.Carbohydrate?Polymers，2011，83，1766)，通過將纖維素溶液在純溶劑中凝固再生，再通過超臨界二氧化碳干燥制得纖維素氣凝膠材料。