[發明專利]一種彈性雙交聯氣凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 201910086663.2
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109796018A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 祖國慶;沈軍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

一種彈性雙交聯氣凝膠的制備方法，以含有乙烯基或烯丙基的烷氧基硅烷為前驅體，采用自由基聚合/水解聚合雙交聯的方法，結合超臨界干燥或常壓干燥工藝，制備出塊狀氣凝膠。該氣凝膠具有由聚硅氧烷和碳氫鏈構成的雙交聯納米多孔結構。由于其獨特的結構，該彈性雙交聯氣凝膠具有良好的透明度，高的比表面積，低的密度，良好的疏水性能，優異的可壓縮性和彈性以及良好的彎曲性能。此外，該材料具有超級隔熱性能，其常溫下的熱導率低。其優越的力學性能和隔熱性能使其在超級保溫隔熱領域具有良好的實際應用前景。

技術領域

本發明屬于氣凝膠類材料制備技術領域，涉及彈性雙交聯氣凝膠的制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種由溶膠-凝膠方法結合特殊干燥工藝制備得到的多孔材料。其由于具有高比表面積、高孔隙率、低密度、低熱導率等優異的性能而受到廣泛關注。迄今為止，科研人員研發了氧化硅、有機-無機復合、金屬氧化物、聚合物、碳、碳納米管、石墨烯等各種各樣的氣凝膠材料。氣凝膠在保溫隔熱、吸附、催化、電池、超級電容器、傳感、太空粒子捕獲等領域具有良好的應用前景。然而，氣凝膠中大部分為空氣，其骨架由無序交聯的納米顆粒構成。因此，傳統的氣凝膠材料通常需要昂貴的超臨界干燥才能獲得，并且機械強度低，脆性大，可加工性差。這些缺陷嚴重阻礙了氣凝膠的實際應用。通過有機-無機復合的方法，用聚合物交聯氧化硅氣凝膠，可以制備得到力學性能得到改善的復合氣凝膠。但通常情況下，聚合物的引入導致氣凝膠比表面積和孔隙率下降、密度和熱導率上升，不利于其實際應用。到目前為止，常壓干燥制備塊狀彈性氣凝膠依然具有很大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種彈性氣凝膠的制備方法，克服現有技術中的上述缺點。

為實現上述目的，本發明的解決方案是：

一種彈性雙交聯氣凝膠的制備方法，以含有乙烯基或烯丙基的烷氧基硅烷為前驅體，采用自由基聚合/水解聚合雙交聯的方法，結合超臨界干燥或常壓干燥工藝，制備出具有高比表面積、優異的力學性能以及超級隔熱性能的塊狀氣凝膠。

進一步，包括以下步驟：

(1)自由基聚合

將一定量的前驅體置于容器中，向其中加入自由基引發劑，然后液體表面用氬氣或氮氣覆蓋；容器密封后加熱，降溫后得到透明的粘稠液體；

(2)水解聚合

將溶劑、水、催化劑按順序依次加入上述粘稠液體中；所得溶膠攪拌后轉移到容器中密封，然后在常溫下或置于烘箱中凝膠并老化；

(3)溶劑替換

將步驟(2)中得到的凝膠用乙醇或甲醇或異丙醇替換；或者將步驟(2)中得到的凝膠先用乙醇或甲醇或異丙醇替換，然后再用正己烷或正庚烷或六甲基二硅氧烷替換；

(4)干燥

將未經過步驟(3)溶劑替換的凝膠或者經過步驟(3)溶劑替換后得到的凝膠干燥后得到氣凝膠。

可選地，步驟(1)中所述前驅體為乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、烯丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷中的任一種。

可選地，步驟(1)中所述自由基引發劑為二叔丁基過氧化物、偶氮二異丁腈中的任一種。

可選地，步驟(1)中容器密封后100-140℃加熱12-72小時。

可選地，步驟(1)中前驅體與催化劑的摩爾比為1:(0.01-0.3)。

可選地，步驟(2)中所述溶劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮、苯甲醇中的任一種。

可選地，步驟(2)中所述催化劑為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、氨水、氫氧化鈉、硝酸、鹽酸中的任一種。