[發明專利]聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810567205.6
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108690191B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 馮堅;肖蕓蕓;姜勇剛;馮軍宗;杜東軒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;C08G14/06;C08J9/28
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

本發明公開了一種聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料及其制備方法，其特征在于聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料以雙酚A型苯并噁嗪單體為基礎原料，采用酸催化開環聚合得到聚苯并噁嗪，聚苯并噁嗪包含3種結構式1對應的結構。制備方法是采用溶膠?凝膠方法，在常溫下酸催化開環聚合，得到具有三維網絡結構的凝膠，再經過老化，溶劑置換，CO₂超臨界干燥，程序升溫保溫處理獲得聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料。本發明材料具有低吸濕率、高強度、阻燃、低密度、低熱導率等優良性能，制備方法工藝簡單，原料價格低廉，低溫開環聚合，避免高溫反應；對環境要求較低，整個工藝流程耗時短，適合工業化生產。

技術領域

本發明具體涉及一種聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料及其制備方法，屬于隔熱材料領域。

背景技術

隨著社會進步，工業不斷發展，對能源的需求不斷增加，能源與需求的矛盾越來越尖銳，能源危機已經成為全球性問題。保溫隔熱材料尤其是高性能隔熱材料的研究和生產，可大幅度減少工業、建筑及民用生活設備能源消耗量，從而緩解能源供需矛盾，并減少環境污染和溫室效應。

氣凝膠隔熱材料作為一類新型的高效隔熱材料，是目前高性能隔熱隔熱材料的研究熱點之一。氣凝膠具有納米多孔三維網絡結構、超低密度、超低熱導率、高孔隙率等特點，其密度最低可達到0.00016g/cm³【J.Mater.Chem.,2014,2:2934-2941】，它被認為是目前質量最輕、隔熱性能最好的固態材料，常溫下熱導率可低至0.013W/m·K【J.Mate.Proc.Technol.,2008,199:10-26】，具有其他隔熱材料不可比擬的優越性。目前氣凝膠隔熱材料正處在飛速發展時期，但同時也伴隨著很多問題需要解決，無機氣凝膠隔熱如研究較為成熟的SiO₂氣凝膠隔熱復合材料，具有較好的耐溫性能(600-800℃)和優異的隔熱性能，但其脆性大，容易碎裂，在使用過程中容易掉粉、掉渣，影響了其實際應用效果。有機氣凝膠隔熱材料研究較多的主要有聚酰亞胺、聚氨酯、聚脲等氣凝膠隔熱材料，但目前這些材料本身都存在難以克服的缺點，聚酰亞胺氣凝膠雖具有輕質、低熱導率、柔韌性、阻燃性等優點，但交聯結構聚酰亞胺氣凝膠在制備過程中需要加入昂貴的多胺類交聯劑，成本較高；而線性結構聚酰亞胺氣凝膠收縮率大，難以實際應用；其次，聚酰亞胺氣凝膠在空氣中易吸濕、老化，從而影響它的隔熱性能和使用性能。聚氨酯、聚脲氣凝膠具有較強的分子設計性、良好的力學性能和隔熱性能，但耐熱耐濕性能差，不具有阻燃性能，分子內含有氰基，在燃燒過程中產生大量的濃煙和劇毒的氰化氫氣體，具有一定的安全隱患。

苯并噁嗪是由O原子和N原子構成的六元雜環體系的化合物，它一般由酚類、醛類和胺類化合物經縮合反應制得。苯并噁嗪單體經催化或者加熱條件下開環聚合，產生含N且類似酚醛樹脂結構的聚合物，稱為聚苯并噁嗪。苯并噁嗪來源豐富且價格低廉，具有低吸濕率、高強度、耐高溫、阻燃以及開環聚合無小分子放出、低收縮率等優異的綜合性能。這些優異性能使其在電子封裝、新型高性能涂料、航空航天和其他工業領域受到了越來越多的重視，具有廣闊的應用前景。【[1]謝倩，苯并噁嗪樹脂的研究進展[J].熱帶農業科學，2004，24(4)，59-64.[2]CN 102030986】。但是對于聚苯并噁嗪氣凝膠作為隔熱材料方面的應用目前尚無報道。

發明內容

本發明針對現有聚合物氣凝膠隔熱材料存在的問題，提供一種聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料及其制備方法。本發明提供的聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料兼具氣凝膠輕質、低熱導率、納米網絡結構和苯并噁嗪低成本、高強度、阻燃、低收縮率等雙重優點。

本發明聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料是以苯并噁嗪單體為原料，采用溶膠-凝膠方法，在常溫下酸催化開環聚合，得到具有三維網絡結構的凝膠，再經過老化，溶劑置換，CO₂超臨界干燥，程序升溫保溫處理后獲得低吸濕率、高強度、阻燃、低密度、低熱導率等綜合性能優良的聚苯并噁嗪氣凝膠隔熱材料。