[發明專利]一種具有紅外反射功能的阻燃氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201610037089.8
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105733256B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 趙海波;付志兵;楊曦;朱家藝;王朝陽;袁磊;米睿;張厚瓊;鐘銘龍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08L5/04;C08G73/02;C08J9/28;C08J3/24;D01F8/16;D01F8/18
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 周慶佳

技術領域

本發明屬于氣凝膠材料制備技術領域，具體涉及一種具有紅外反射功能的阻燃氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術

保溫防護材料在當今國防軍工和民用隔熱的諸多領域起著不可或缺的作用，在航天飛行器、導彈防隔熱結構、建筑家裝、工業加熱設備等方面都可見其應用。目前市場上常見的隔熱材料主要為阻隔隔熱保溫材料，通過減少熱傳導和熱對流，達到保溫效果，多為有機高分子泡沫如擠塑板(XPS)、發泡聚苯板(EPS)、聚氨酯等。這類保溫材料的保溫效率通常不高，需要較多的材料獲得較佳的保溫效果。尤其在國防軍工領域，低保溫效率會大幅增大高科技武器裝備的負重，使其綜合性能受到影響。

現有隔熱材料保溫效率不高的一個重要原因在于該類材料無法有效地減少輻射傳熱。在現實工業中，通常使用光熱反射材料減少輻射傳熱，提升傳統保溫材料的保溫效率。此類反射材料一般為無機顏料(TiO2、ZrO2等)，以有機高分子作為基料共同使用，通過反射體系內外部的紅外線及可見光，減輕保溫材料隔熱負擔。但此方法只是變相地通過引入光熱反射材料減少阻隔保溫材料的使用；對于整個保溫體系而言，其單位體積或質量的保溫效率并沒有得到顯著提升。

提升保溫效率的另一種途徑是設計合成具有低導熱系數的新型保溫材料。氣凝膠作為近年來興起的“超級”保溫材料，導熱系數遠低于常見保溫泡沫。傳統氣凝膠以二氧化硅氣凝膠為代表，雖本質不燃且導熱系數較低，但力學性能不佳，缺乏韌性在使用中容易斷裂。有機聚合物氣凝膠(如纖維素氣凝膠、多糖氣凝膠等)可有效地解決無機氣凝膠的脆性缺陷。但與有機泡沫類似，大部分有機氣凝膠均易燃燒，燃燒后難以被撲滅，存在著很大的火安全隱患，致使其在隔熱防護市場、尤其是建筑保溫市場應用嚴重受限。

如果一種氣凝膠具有紅外反射功能，其保溫效率將在氣凝膠本身低導熱系數的基礎上進一步提高，但這種氣凝膠至今在國內外未見報道。同時力學性能與阻燃性能之間的矛盾嚴重限制了氣凝膠在保溫領域的應用。

發明內容

作為各種廣泛且細致的研究和實驗的結果，本發明的發明人已經發現，采用難燃聚苯胺和難燃海藻酸鈉為原料制備的聚合物氣凝膠具有力學性能優秀、低導熱系數、高紅外反射率與本質阻燃等優點，基于這種發現，完成了本發明。

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種具有紅外反射功能的阻燃聚合物氣凝膠，所述氣凝膠中含聚苯胺30～80wt％，余量為海藻酸鈉。

優選的是，所述氣凝膠密度介于0.05～0.15g/cm³，比表面積介于100～500m²/g，壓縮模量介于0.5～5MPa、紅外反射率介于20～60％，導熱系數介于0.015-0.04W/mK。

本發明還提供一種制備上述的具有紅外反射功能的阻燃聚合物氣凝膠的方法，包括以下步驟：

步驟一、配制海藻酸鈉溶液，按重量份，取100份海藻酸鈉溶液，然后在0～4℃下向海藻酸鈉溶液中加入100份苯胺溶液，繼續攪拌2～5h使其溶解，得混合溶液；在0～4℃下，將100份過硫酸銨溶液加入混合溶液中，攪拌；然后保持溫度不變靜置18～36h，得到水凝膠；

步驟二、將得到的水凝膠加入裝有新鮮去離子水的容器中進行浸泡洗滌，每天更換新鮮去離子水，持續3～6天；

步驟三、將浸泡洗滌后的水凝膠干燥，得到具有紅外反射功能的阻燃聚合物氣凝膠。

優選的是，所述步驟一中海藻酸鈉溶液的濃度為1.5～18wt％，苯胺溶液的濃度為1.5～18wt％；所述過硫酸銨溶液的濃度為0.75～9wt％。

優選的是，所述步驟一中攪拌的速度為800～1000r/min。

優選的是，所述干燥采用冷凍干燥或超臨界干燥；所述冷凍干燥的溫度為-190～-200℃；所述超臨界干燥前將浸泡洗滌后的水凝膠加入裝有新鮮乙醇的容器中進行溶劑交換，每天更換新鮮乙醇，持續5～8天，得到乙醇凝膠；然后將乙醇凝膠進行超臨界干燥，超臨界干燥的溫度為45℃，壓力為200Bar。

優選的是，在所述步驟一中施加超聲波；所述超聲波的功率調節范圍在800～1500W，超聲頻率在25～50KHz。