[發(fā)明專利]兼具火災預警和壓阻傳感功能的阻燃氣凝膠及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111019187A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 賴學軍;陳嘉韻;謝華理;曾幸榮;李紅強;王冰林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/24;C08L5/08;C08K9/00;C08K3/34;C08K3/04;C08K5/07;C08K3/22;C08K5/092;C08K3/32;C08L1/28;C08K3/26;C09K21/14;C09K21/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 唐善新

本發(fā)明公開了兼具火災預警和壓阻傳感功能的阻燃氣凝膠及其制備方法。該制備方法為在室溫條件下，在反應釜中加入去離子水和層狀納米材料，攪拌后超聲分散，使層狀納米材料均勻分散；將得到的分散液高速離心處理，再往離心后的上清液中加離子水稀釋形成0.1～10wt％的穩(wěn)定懸浮液；在反應釜中加入鏈狀天然高分子材料、去離子水和穩(wěn)定懸浮液，攪拌均勻；加入氧化碳材料或氮化碳材料，超聲分散，然后滴加交聯(lián)劑，凝膠老化后冷凍干燥。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備的阻燃氣凝膠不僅具有優(yōu)異的阻燃和隔熱性能，還具有靈敏的火災預警及突出的壓阻傳感功能，可應用于對火災安全要求較高的保溫隔熱和可穿戴設備等領域。

技術領域

本發(fā)明涉及阻燃氣凝膠，具體是涉及一種兼具火災預警和壓阻傳感功能的阻燃氣凝膠及其制備方法。

背景技術

氣凝膠由于其極低的密度，是目前發(fā)展最為迅速的輕質材料之一，特別是有機氣凝膠，因其低熱導率和高柔韌性而在保溫隔熱和可穿戴設備等領域具有巨大的潛在應用價值(CN110183716A)。然而，有機組份的易燃性和氣凝膠的多孔結構導致有機氣凝膠(如聚乙烯醇、纖維素氣凝膠等)極易被點燃，且火焰蔓延速度極快，存在嚴重的火災安全隱患(Carbohydrate Polymers,2019,221,221-230)。因此，如何提高有機氣凝膠的火災安全性是目前亟需解決的關鍵問題之一。而有機-無機雜化被認為是提高有機氣凝膠火災安全性最有效的方法之一(CN 110066495A)，即通過無機填料(如二氧化硅(SiO₂)、層狀蒙脫土(MMT)、針狀海泡石、埃洛石、羥基磷灰石、碳酸氫鈉和氧化石墨烯等自身的高熱穩(wěn)定性以及與有機組份間的協(xié)同成炭效應等，可有效改善有機氣凝膠的阻燃性能，提高有機氣凝膠的使用安全性(Angewandte Chemie International Edition,2018,57(17),4538-4542)。

盡管如此，無機填料的加入并不能完全抑制有機組份在高溫環(huán)境中的熱降解。有機-無機雜化氣凝膠在使用過程中(特別是應用于高溫隔熱領域時)依然存在著閃燃并助長火焰蔓延的危險，仍不能滿足日益提高的火災安全要求。因此，若能賦予有機-無機雜化氣凝膠高溫自預警功能，使其能在火災發(fā)生前的升溫階段向人們發(fā)出警報，就有望將火災苗頭扼殺在萌芽時期，也給火災現(xiàn)場的人員贏得更多的逃生時間，有效減少財產損失和人員傷亡。氧(氮)化碳納米材料是制備具有高溫自預警功能阻燃氣凝膠的優(yōu)選材料。一方面，氧(氮)化碳納米材料具有高溫熱還原特性，其在遭遇高溫或明火時會快速脫去含氧(氮)基團，還原為導電性良好的碳材料，使得氣凝膠的電阻急劇下降，因此可通過電信號的變化觸發(fā)火災預警裝置。另一方面，氧(氮)化碳納米材料自身具有良好的柔韌性，并不會惡化氣凝膠的力學性能。然而，目前制備火災預警氣凝膠仍存在巨大挑戰(zhàn)：一方面，氣凝膠孔隙率高，網絡結構復雜，難以實現(xiàn)燃燒時電阻的快速轉變(Nanoscale,2019,11(18),8835-8844)；另一方面，較大量填料的加入會破壞氣凝膠的網絡結構，惡化氣凝膠的力學性能，增加氣凝膠的密度(Chem,2019,5(7),1871-1812)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對當前有機氣凝膠使用安全性的問題，提供一種具有靈敏火災預警功能的阻燃氣凝膠的制備方法。

本發(fā)明另一目的是提供多功能化的阻燃隔熱氣凝膠，本發(fā)明提供的氣凝膠能夠應用于對火災安全要求較高的保溫隔熱和可穿戴設備等領域。

本發(fā)明針對以上不足，采用鏈狀天然高分子材料、層狀納米材料和氧化碳材料或氮化碳材料作為氣凝膠的主要原料，交聯(lián)后的高分子材料不僅可以形成氣凝膠的骨架，而且可以作為良好的粘結劑，使層狀納米材料和氧化碳材料或氮化碳材料粘附于氣凝膠的孔洞壁上，形成連續(xù)的三維網絡結構，有利于燃燒時電阻的迅速轉變。研究結果表明，該氣凝膠不僅具有突出的阻燃性能和靈敏的阻燃預警功能外，還表現(xiàn)出優(yōu)異的壓阻傳感功能。