[發明專利]改性炭氣凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910837069.2
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110482525B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 賈獻峰;張立解;舒世立;陳偉;付占達
• 申請（專利權）人: 唐山師范學院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C08J9/28;C08L61/06;C08K3/38;C08K5/55
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 李雙艷

本發明提供了一種改性炭氣凝膠及其制備方法和應用，涉及氣凝膠技術領域。本發明的改性炭氣凝膠，主要由以下質量份的原料制備得到：熱塑性酚醛樹脂5?60份、固化劑1?20份、溶劑40?100份和含硼化合物1?10份。本發明有效地避免了常規的溶劑置換、超臨界干燥等復雜工藝，制備工藝簡單，成本低，易加工成型和后期尺寸裁剪；同時，制得的改性炭氣凝膠的抗氧化性能優異，在工業的保溫隔熱領域以及航空航天的熱防護領域具有一定的應用前景。

技術領域

本發明屬于氣凝膠技術領域，具體涉及一種改性炭氣凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

炭氣凝膠是一種具有連續三維網絡結構的新型多孔性納米炭材料，具有低密度、高比表面積、連續孔結構等特點。由于炭氣凝膠獨特的微觀結構，加之良好的耐酸堿特性，使其在吸附分離、催化劑載體、色譜儀填料、隔熱材料以及電極材料等方面得到了廣泛應用。其中，有機氣凝膠是形成炭氣凝膠的前驅體，國內外報道的炭氣凝膠前驅體有間苯二酚和甲醛氣凝膠、蜜胺甲醛氣凝膠、苯酚糠醛氣凝膠、聚氰酸酯系列氣凝膠，其所形成的有機和炭氣凝膠多數為塊體狀。

傳統炭氣凝膠的制備方法，包括溶膠-凝膠反應、干燥及高溫炭化三個工藝過程。通常以間苯二酚和甲醛為原料，水作為溶劑，在堿性催化劑(如Na₂CO₃或NaHCO₃等)的作用下，經溶膠-凝膠反應合成出有機濕凝膠；再采用超臨界干燥制得有機氣凝膠，然后將有機氣凝膠高溫炭化得到炭氣凝膠。此方法的缺點在于，制備凝膠時必須使用堿性催化劑，而且制備周期長、工藝復雜，并且難以控制。制備炭氣凝膠所用的原料除了間苯二酚和甲醛以外，還有三聚氰胺和甲醛、酚醛樹脂和糠醛、線性高分子N-羥甲基丙烯酰胺與間苯二酚、混甲酚-甲醛、間甲酚-甲醛、2,4-二羥基苯甲酸-甲醛等。此外，炭氣凝膠的干燥方法有常壓干燥、冷凍干燥和超臨界干燥三種。其中采用超臨界干燥的方法較多，此過程可使氣凝膠保持完好的網絡結構，并且得到的炭氣凝膠樣品結構好，質輕且孔結構優良。但是此方法是一個具有一定風險的多步驟、高耗能的工藝。因此，為了降低反應成本，制備工藝更為簡化，制備成本更為廉價的常壓干燥法逐漸受到氣凝膠研究工作者們的青睞。

近年來，為了不斷提高炭氣凝膠本身具有可控的微觀結構與良好的性能，以滿足不同領域中的應用，研究工作者們不斷地對炭氣凝膠進行改性。炭氣凝膠的改性方法一般有活化法、金屬摻雜法和雜原子摻雜法。其中，活化法和金屬摻雜法可進一步改善和調節炭氣凝膠的孔隙結構，提高其吸附和催化性能；而雜原子摻雜法一般有利于提高炭氣凝膠的導電性能。雖然研究者們在炭氣凝膠改性方面做了大量工作，也取得了一定的成果，但是，對于現有的炭氣凝膠而言，其抗氧化性能較弱，在高溫有氧條件下，很容易被氧化。在空氣中，當外界溫度升至370℃左右時，炭氣凝膠就開始有明顯的質量損失，其機械性能也不斷降低，這極大限制了炭氣凝膠在隔熱、催化、吸附和電化學等領域的應用。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種具有優異抗氧化性能的改性炭氣凝膠，能夠克服上述問題或者至少部分地解決上述技術問題。

本發明的第二目的在于提供一種改性炭氣凝膠的制備方法，工藝簡單，易于操作，成本低，制得的改性炭氣凝膠具有優異的抗氧化性能。

本發明的第三目的在于提供一種所述的改性炭氣凝膠在保溫、隔熱或防護領域中的應用，該改性炭氣凝膠具有優異的抗氧化性能，在工業的保溫隔熱領域以及航空航天的熱防護領域具有廣泛的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

根據本發明的一個方面，本發明提供一種改性炭氣凝膠，主要由以下質量份的原料制備得到：

熱塑性酚醛樹脂5-60份、固化劑1-20份、溶劑40-100份和含硼化合物1-10份。

進一步的，主要由以下質量份的原料制備得到：