[發明專利]一種聚氨酯-硅雜化氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202010004556.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN113072738B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉韜;劉圓圓;張恩爽;雷朝帥;郭慧;李文靜;楊潔穎;趙英民;張昊
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L75/08;C08K3/36;C08G18/48
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明提出一種聚氨酯?硅雜化氣凝膠及其制備方法，在聚合催化劑的催化下，由聚醚二元醇與二異氰酸酯進行聚合反應，得到異氰酸酯封端的聚氨酯低聚物，再加入單氨基硅氧烷，得到硅氧烷封端的聚氨酯低聚物，再加入凝膠催化劑的水溶液，經凝膠、老化后的濕凝膠再經溶劑置換、超臨界干燥得到。本發明通過特殊的制備工藝，使得到的聚氨酯?硅雜化氣凝膠保證高溫性能的基礎上具有高回彈性能，解決了現有技術無法制備出高回彈氣凝膠的技術難題。

技術領域

本發明涉及一種聚氨酯-硅雜化氣凝膠及其制備方法，屬于氣凝膠制備技術領域。

背景技術

氣凝膠是一種由膠體粒子或高聚物分子相互聚結構成的納米多孔材料，具有低密度、高比表面積、低熱導率等特點，在航天飛行器熱控系統、民用保溫等領域具有非常廣闊的應用前景。

目前，報道的大部分氣凝膠不具有回彈性，受外力作用下，氣凝膠一旦發生形變，孔結構會發生破壞，甚至孔結構塌縮，導致氣凝膠的隔熱性能下降，嚴重影響氣凝膠在長期受力環境下的隔熱性能穩定性。

目前，公開報道的聚氨酯氣凝膠通過調節其軟段(多元醇聚合物)與硬段(多異氰酸酯)結構的比例，可實現剛性和柔性的有效調控，但對于其回彈性能的研究尚未見報道。例如，CN108285520A公開了一種聚氨酯-聚脲結構互穿氣凝膠，該氣凝膠通過多異氰酸酯化合物、羥基化合物、氨基化合物共聚凝膠，超臨界干燥制得。由于羥基化合物的分子量不超過400，分子結構的軟段比例低，硬段比例高，因此，由其制備的聚氨酯氣凝膠呈剛性；其中聚脲氣凝膠由多異氰酸酯與小分子多氨基單體制得，整個分子結構呈剛性，因此，制備的復合氣凝膠也為剛性。

Abhishek Bang等合成了一種柔性的可折疊的PU氣凝膠，但并未對氣凝膠的回彈性進行研究。(Bang A,Buback C,Sotiriou-Leventis C,Leventis N.Flexible aerogelsfrom hyperbranched polyurethanes:probing the role of molecular rigidity withpoly(urethane acrylates)versus poly(urethane norbornenes)[J].Chem.Mater.,2014,26(24):6979–6993.)

但由于聚氨酯的使用溫度一般不超過200℃，導致聚氨酯氣凝膠的使用溫度受限，對聚氨酯進行無機改性是提高其耐溫性的常用方法。例如，CN109422864A公開了一種聚氨酯-硅基復合氣凝膠，該專利先制備表面接有氨基的氧化硅剛性小球，再用剛性的異氰酸酯和含有少量柔性鏈段的異氰酸酯低聚物與氧化硅剛性小球上的氨基反應形成三維網絡結構。由于整個分子結構中以二氧化硅為剛性骨架結構，因此，該聚氨酯-硅基復合氣凝膠呈剛性，不具有回彈性能。

聚氨酯氣凝膠制備中耐高溫和高回彈性相互沖突，如何將回彈性與高耐溫性有機結合，是制備聚氨酯氣凝膠的一項技術難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種高回彈性、高耐溫的聚氨酯-硅雜化氣凝膠及其制備方法。

本發明的技術解決方案：一種聚氨酯-硅雜化氣凝膠制備方法，通過以下步驟實現：

第一步，制備硅氧烷封端的聚氨酯低聚物溶液，

A1.1、將二異氰酸酯、聚醚二元醇、聚合催化劑和溶劑混合均勻進行聚合封端反應，得到異氰酸酯封端的聚氨酯低聚物溶液；

A1.2、在步驟A1.1得到的異氰酸酯封端的聚氨酯低聚物溶液中加入單氨基硅氧烷，對異氰酸酯封端的聚氨酯低聚物進行封端反應，得到硅氧烷封端的聚氨酯-硅雜化低聚物溶液；

第二步，向第一步制備的硅氧烷封端的聚氨酯-硅雜化低聚物溶液中加入凝膠催化劑的水溶液，混合均勻后，靜置，待反應體系凝膠后，老化，得到聚氨酯-硅雜化濕凝膠；