[發(fā)明專利]一種累托石基阻燃氣凝膠及其制備和應用

有效

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111849018B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 楊華明;解維閔;歐陽靜;傅梁杰;唐愛東
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L29/04;C08L79/02;C08K3/34;E04B1/94
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生

本發(fā)明涉及氣凝膠阻燃材料技術領域，具體提供了一種累托石基阻燃氣凝膠，包括聚苯胺/聚乙烯醇復合氣凝膠、以及原位復合在該復合氣凝膠中的累托石@纖維素納米晶復合材料；所述的累托石@纖維素納米晶復合材料包括二維的累托石以及復合在其層間和/或表面的一維纖維素納米晶。本發(fā)明還提供了所述的阻燃氣凝膠的制備方法，其創(chuàng)新地預先將纖維素納米晶對累托石進行自組裝改性，隨后再進行苯胺原位聚合以及PVA的互摻改性，最后冷凍干燥得到所述的阻燃氣凝膠。本發(fā)明所述的阻燃氣凝膠，具有優(yōu)異的機械性能和阻燃性能。

技術領域

本發(fā)明屬于粘土深加工領域，更加具體地說，涉及一種累托石基超彈性、柔韌性阻燃氣凝膠的制備方法。

背景技術

粘土礦物的功能化和高值化利用對提高我國經(jīng)濟效益和社會效益具有十分重要的意義。其中，我國大型累托石礦床的數(shù)量占世界第一位，具有明顯的資源優(yōu)勢。累托石是一種由二八面體蒙脫石層(2:1型)和二八面體云母層(2:1型)以1:1比例組合而成的規(guī)則混層粘土礦物。其中的蒙脫石層使得累托石具有離子交換性、膨脹性、懸浮性等特點，在水中易形成穩(wěn)定的懸浮體系。但累托石以粉末狀態(tài)存在，易團聚，難于直接應用于阻燃領域。目前，將累托石用作阻燃添加劑制備成各種復合材料的研究仍然較少。

氣凝膠材料作為一種新興材料，具有高孔隙率(80-99.8％)、高比表面積(120-1000cm²·g^-1)、低密度(0.001-0.5g·cm^-3)、低導熱率(約0.005W·m^-1·k^-1)等優(yōu)良特性，可廣泛應用于航空航天、工業(yè)、建筑、阻燃等多個領域。

粘土氣凝膠作為一種綠色環(huán)保型氣凝膠，其制備原料豐富價格低廉、制備工藝簡單環(huán)保，制備過程中不會對環(huán)境造成二次污染，具有廣闊的應用前景和實用價值。但是一般的粘土氣凝膠力學性能較差，在受到外力時容易發(fā)生結構坍塌，層間剝離等情況，極大地限制了粘土基氣凝膠的使用范圍。到現(xiàn)在為止已經(jīng)有許多研究者嘗試采用多種方法來增強粘土氣凝膠材料的機械強度，如：添加纖維、聚合物等。但是大量聚合物的加入會使得材料的阻燃隔熱性能急劇降低，而聚合物添加太少又不足以改善其機械性能。因此，在不降低粘土氣凝膠阻燃性能的前提下，提升粘土氣凝膠的機械性能仍是一項重大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決傳統(tǒng)粘土基氣凝膠材料強度低、脆性大、易斷裂、不具備彈性、機械性能不理想等缺陷，本發(fā)明第一目的在于，提供一種累托石基超彈性、柔韌性阻燃氣凝膠，旨在提供一種具有良好機械性能、優(yōu)異阻燃性能的累托石基氣凝膠。

本發(fā)明第二目的在于，提供一種累托石基阻燃氣凝膠的制備方法，旨在制得所述機械性能優(yōu)異、阻燃性能優(yōu)異的累托石基阻燃氣凝膠。

本發(fā)明第三目的在于，提供所述的累托石基阻燃氣凝膠在阻燃防火材料中的應用。

不同于其他黏土，累托石結構以及性質(zhì)特殊，容易團聚，很難分散開，與其他有機溶劑的兼容性差，制備出的氣凝膠容易分層，因而，很難制備出結構均一，性能穩(wěn)定的氣凝膠。為此，本發(fā)明人經(jīng)過深入研究，提供以下方案：

一種累托石基阻燃氣凝膠，包括聚苯胺/聚乙烯醇復合氣凝膠、以及原位復合在該復合氣凝膠中的累托石@纖維素納米晶復合材料；

所述的累托石@纖維素納米晶復合材料包括二維的累托石以及復合在其層間和/或表面的一維纖維素納米晶。

本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新地在聚苯胺、聚乙烯醇的復合氣凝膠中原位復合所述的累托石@纖維素納米晶復合材料，有助于協(xié)同改善阻燃性能，并改善材料的機械性能，賦予所述的材料良好的彈性、柔性，使其在行業(yè)內(nèi)首次實現(xiàn)彎曲、折疊以及壓縮等性能。