[發明專利]一種凹凸棒氣凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010157160.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111392740A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 范曉慧;倪娜;趙曉峰;翁鴻飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;B01J13/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種凹凸棒氣凝膠及其制備方法和應用，通過：(1)配置制備PVA水溶液；(2)將PVA水溶液與凹凸棒粉末攪拌混合，得到凹凸棒懸濁液；(3)將凹凸棒懸濁液進行超聲處理；(4)對凹凸棒懸濁液進行定向凝固，得到凝膠樣品；(5)將冷凍的凝膠樣品進行真空干燥，獲得凹凸棒氣凝膠，并應用在保溫領域。與現有技術相比，本發明制得的凹凸棒氣凝膠力學性能高，熱導率低，阻燃性好，在保溫領域有巨大的發揮空間。

技術領域

本發明涉及保溫材料領域，尤其是涉及一種宏-微-納多層級規則孔隙的凹凸棒氣凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人們對“綠色、低碳、環保”等環境友好型材料日益增長的需求，在保溫材料領域中尋求高效、廉價、可再生的材料來替代類似硬泡聚氨酯等人工高分子保溫材料勢在必行。凹凸棒是一種天然的納米礦物質黏土材料，其獨特的孔道結構，使其具有很好的吸附特性，目前被廣泛應用于石油、化工、醫藥(化妝品)、建材(涂料)、塑料等領域。

目前，除分子篩、貓砂等外凹凸棒大部分的應用僅局限于添加劑形式，尚無法對人工合成的高分子材料進行替代。Wang等[Y.Wang,Q.Zhang,Y.Liu,T.Makarenko,Z.Ren,X.Wang,Z.Tang,A.Guloy,Ultra-low thermal conductivities of hot-pressedattapulgite and its potential as thermal insulation material,Appl.Phys.Lett.108(2016)101906.doi:10.1063/1.4943626.]報道了熱壓燒結的孔隙率為45.7％凹凸棒塊體表現出超低的熱導(0.34W·m^-1·K^-1)，是凹凸棒在保溫領域應用的初步探索，展現了凹凸棒在保溫領域應用具有廣闊的前景。

氣凝膠因其具有超高孔隙率而具有超低的熱導，是目前質輕隔熱效果最佳的材料之一。氣凝膠結構可進一步提高凹凸棒隔熱性能，其在中低溫保溫領域具有廣泛的應用前景。

但是，氣凝膠普遍存在的問題是因為超高孔隙率而損失的力學穩定性，因而，粘土氣凝膠應用的前提是其承受載荷的能力是否滿足應用要求。美國專利US3203903報道了在粘土中加入聚合物，通過冷凍干燥的方法復合氣凝膠材料可以提高其力學穩定性。

可是隨粘結劑聚合物的添加增加，粘土氣凝膠的力學性能得以提高，而其熱穩性和阻燃性能卻降低了。Wang等人將聚乙烯醇與鈉蒙脫石混合后冷凍干燥制備氣凝膠，雖然聚乙烯醇的大量添加保證了氣凝膠的力學性能，但是使其更加易燃，需要額外加入多磷酸鍍阻燃劑提高其阻燃性能[Wang,Yu Tao,Shi Fu Liao,Ke Shang,Ming Jun Chen,JianQian Huang,Yu Zhong Wang,and David A.Schiraldi.“Efficient Approach toImproving the Flame Retardancy of Poly(Vinyl Alcohol)/Clay Aerogels:Incorporating Piperazine-Modified Ammonium Polyphosphate.”ACS AppliedMaterials and Interfaces 7,no.3(2015):1780–86.https://doi.org/10.1021/am507409d.]。僅采用冷凍干燥法制備的氣凝膠的結構穩定性能受限于聚乙烯醇的大量添加。

而且，僅僅將凹凸棒通過定向凝固和冷凍干燥獲得的氣凝膠，由于凹凸棒在層級結構中缺少鍵合和物理交聯，故其受力極易粉化，從而變成凹凸棒納米粉體。

因此，制備具有一定力學性能凹凸棒氣凝膠是其在保溫領域的應用的難點和關鍵。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種力學性能高，熱導率低，阻燃性好，在保溫領域有巨大的發揮空間的凹凸棒氣凝膠及其制備方法和應用。