一种新型的气凝胶多功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种新型的气凝胶多功能复合材料及其制备方法。本发明专利技术的采用结冷胶、透明质酸及其二者的衍生物或它们的混合物、气凝胶、新型光敏材料、新型溶剂或新型离子液体或这些溶剂形成的新型混合溶剂或精油等原料，采用高能光固化法制备多功能气凝胶复合物。该复合材料具有密度轻、导热系数低、耐候性强、绿色环保等特点，经该材料包覆处理的功能载体或功能材料具有良好的隔热、保温、蓄冷、保湿、防潮、锁水及抗雾霾特性，并能改善这些材料的特性及使用范围等。该多功能材料应用极为广泛，可广泛用于雾霾防治、疾病诊断治疗、医药、军工、化工、航天、航海、航空、高铁、造纸、印刷、水处理、农畜牧、冷链系统、食品及化妆品安全等领域。

Novel aerogel multifunctional material and preparation method thereof

The invention provides a novel aerogel multifunctional composite material and a preparation method thereof. The invention uses gellan gum, hyaluronic acid and its two derivatives or their mixture, aerogel, new photosensitive materials, new solvent or ionic liquid or the solvent to form new mixed solvent or oil and other raw materials, using high energy light curing preparation of multifunctional composite aerogels. The composite material has low density, low thermal conductivity, good weathering resistance, environmental protection, by the material coated carrier or functional material with good heat insulation, thermal insulation, cold storage, moisture, moisture, water locking and anti haze characteristics, and can improve the performance and the scope of use of these materials. The application of the multifunctional material is very wide, can be widely used for the diagnosis and treatment of disease, haze prevention medicine, military, chemical, aerospace, navigation, aviation, high-speed rail, papermaking, printing, water treatment, animal husbandry, agricultural cold chain system, food and cosmetics safety etc..

【技术实现步骤摘要】
一种新型的气凝胶多功能材料及其制备方法
本专利技术属于化学类隔热、保温、蓄冷、保湿、防护材料领域，具体涉及一种新型的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、锁水、防护多功能材料及其制备方法。。
技术介绍
结冷胶是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定、抗菌、控释于一体,性能优越的食品胶之一,具有极高的商业利润和市场前景。结冷胶是用生物发酵方法得到的多糖胶质凝胶剂,有着用量低、透明度高、香气释放能力强、耐酸、耐碱等优点,具有抗微生物及抗酶解作用，所以用结冷胶制成的凝胶可以适量减少添加防腐剂，不仅节约生产成本，而且能提高产品品质，在食品行业、医药行业、日化用品行业和造纸行业内有着广泛的用途。结冷胶是美国Kelco公司继黄原胶之后开发成功的又一种微生物胞外多糖，过去曾称杂多糖PS-60,于20世纪70年代末发现，直到1982才有了有关结冷胶实验室规模发酵生产成功的报道。结冷胶的产生菌少动鞘脂单胞菌(SphingomonaspaucimobilisATCC31461)，过去曾称伊乐假单胞菌(PseudomonaseloderATCC31461)，是从植物体中分离获得的一种好氧的革兰阴性菌。能在以葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等糖类作碳源，含无机或有机氮源及磷酸盐和微量元素的培养基中生长，其最适培养温度为30℃。结冷胶按照分子主链上酰基含量的不同，可分为高酰基结冷胶（HA，天然结冷胶）和低酰基结冷胶（LA，脱酰基结冷胶）。结冷胶是一种分子量高达1.5×106道尔顿的阴离子线型多糖，从分子水平对其结构进行了解有助于人们对它的更好应用。结冷胶分子的基本结构是一条主链，由重复的四糖单元构成，如图1所示。参与形成的单糖有葡萄糖、葡萄糖醛酸及鼠李糖，摩尔比2：1：1。在这种多糖的天然形式中，每单位约有1.5个O－酰基基团，其中既有O－乙酰取代基，又有O－甘油酰取代基，后者多于前者，甘油酰基位于3－连接成键的葡萄糖残基的2位，乙酰基则在6位上。O－酰基很容易被碱脱除，从而由天然形式的结冷胶得到脱酰基形式的产品。与此相对，天然形式的结冷胶也可称为高酰基产品。结冷胶溶于选定溶剂后，分子之间会自动聚集形成双螺旋结构，稳定双螺旋结构的作用力主要是分子间氢键，双螺旋进一步聚集可形成三维网状结构，便于截留溶剂分子而产生凝胶现象。形成的凝胶性能卓越，没有毒性，耐酸碱，不易变性，温度滞后性显著，组织相容性和复配性良好，稳定性理想，近年来已广泛应用于制药、食品、化工等众多领域。气凝胶是一种新型的隔热保温储能材料，具有导热系数低，可达到0.015w/m.k的导热系数，具有其它材料无法比拟的隔热保温蓄冷效果，且密度轻，一般在0.005～2.3g/cm3，防水阻燃、防酸碱、耐腐蚀、不易老化，使用寿命长，绿色环保等特点。具有很高的附加值，因此被称为超级保温材料。气凝胶是世界上高新技术的代表之一。由最初的易碎、无用的物质发展成为现在的柔软的或刚性的革命保温隔热蓄冷材料。随着对高性能保温隔热蓄能的需求不断增长，可用于装饰用新型液体墙纸、疾病诊断、防雾霾、污水处理、食品、医药、化工、生物、航天、电子、建筑、装饰、汽车、家居制品和服装等领域。气凝胶具有以下特性：■超低的导热系数保证优秀的隔热效果■疏水透气，抑制保温隔热下的腐蚀现象（CUI）■无机材料，使用年限长，防火性能达A1级■减少隔热层的厚度，降低热损■便于运输，节省物流费用和储存空间■优异的结构力，抗压、抗拉强度保证长期耐用，状况良好■易于操作，减少安装所需劳力与时间■环保安全，容易处理■适用范围广，尤其适于狭窄空间■提高能效，降低能耗■毛细管作用，具有选择性吸附性和抗雾霾作用。透明质酸（hyaluronicacid,HA），一种天然存在的线性黏多糖，是由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖双糖单位重复连接成的。早在1954年，BernardWeissman和KarlMeyer首次确定了HA的基本化学结构。为了证实HA的结构，Meyer和他的助手进行了一系列的化学反应，包括：二糖的酯化反应、氨基葡萄糖残基氧化成氨基葡萄糖酸、葡萄糖醛酯还原成葡萄糖残基等。通过酸性条件下水解后的残基和其他因素推论氨基葡萄糖上存在乙酰基片段，即为N-乙酰氨基葡萄糖上的乙酰基；聚合物的旋光度为[α]D-70°推论单糖间的连接为β构型。另外，从酶的降解产物中分离出的寡糖的大小分布规律得出：HA是不含有其他支链或几乎无支链聚合物的一种线性单链大分子。最终得出HA的一级结构是由N-乙酰基-D-氨基葡萄糖和D-葡萄糖醛酸通过β1,3和β1,4糖苷键交替连接的线性聚多糖，结构即为[-β(1,4)-D-葡萄糖醛酸-β(1,3)-N-乙酰氨基葡萄糖]n。随着HA的结构和应用上的研究进展，发现HA还存在其他更加复杂的结构，例如：二级和三级结构。HA分子在稀的溶液中，HA分子的官能团例如NH,OH,和C=O间形成分子内氢键，这些分子内氢键使HA分子链更加稳定和牢固。另外，每个二糖单位以180°的扭转螺旋形成HA的单螺旋结构，即HA的二级结构。HA在水溶液和无水的环境中形成的氢键不同，本专利技术正是利用了这种特性。当HA溶液的浓度更高时，发现HA又形成了网状结构，即三级结构。不同HA分子的酰胺和羧基基团间会形成分子间氢键。另外，Scott依据其中旋转阴影电子显微镜下所见，采用计算机模拟等手段，提出HA分子中每个三糖单位均含有一块疏水区域，这些疏水区域在以后的实验中也被证实存在。在高浓度时，HA分子间的疏水区域的相互作用和分子间的氢键加强了HA的双螺旋结构，分子间聚合的相互作用构成了HA的网状结构。图2演示了HA的一、二、三级结构和微观结构。透明质酸（hyaluronicacid，HA）是作为一种广泛存在于自然界的黏多糖，由[(1→3)-β-D-乙酰氨基葡糖-(1→4)-β-D-糖醛酸]组成的双糖单位重复连接组成。HA广泛存在于脊椎动物结缔组织和体液中，如关节滑液、眼玻璃体、脐带、皮肤等。HA具有独特的黏弹性和优良的保水性、组织相容性和非免疫原性，并具有重要的生理功能和生物学作用，因此在临床上有着广泛的应用。Balazs将目前的一些应用归类为：黏弹性手术（Viscosurgery）、黏弹性补充疗法（Viscosupplementation）、黏弹性填充（Viscoaugmentation）、黏弹性阻隔（Viscoseparation，即防粘连）和黏弹性防护（Viscoprotection）。另外，HA在药物传递和组织工程等方面也有应用。在化妆品方面主要用来保湿锁水、抗辐射等。目前，对于结冷胶、透明质酸与气凝胶的研究和应用主要集中于结冷胶及结冷胶与其他原料共同形成的各类凝胶及螺旋网状结构，气凝胶及其隔热保温，透明质酸的保湿作用及双螺旋结构，对于结冷胶、透明质酸与气凝胶三者结合使用的研究和应用极少。其中专利《新型二氧化硅气凝胶材料及其制备方法、用途和应用结构》（申请号：CN201210425004.5）描述了一种采用增强纤维或孔结构骨架材料的模具空腔内预成型，干燥后制成老化成型的湿凝胶；最后，将成型的湿凝胶材料移至干燥设备中，进行超临界干燥，得到该增强型二氧化硅气凝胶材料；而专利《一种附着力优异的紫光固化水性涂料的制备方法》描述了一种水溶性光敏树脂、光敏剂、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能新型材料，其特征在于，所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能材料包括结冷胶、透明质酸及气凝胶混合物、新型光固化粘胶剂或光敏材料和溶剂；结冷胶的质量百分含量为0.0001%～19.0%；透明质酸质量百分含量为0.0001%～19.0%；气凝胶粉末含量0.04～99.7%；光固化粘胶剂或光敏材料及溶剂的质量百分含量为0.001%～99.0%，二者的混合比例为1～1000:1～1000，较优化的1～500:1～500，最优化的为1～100:1～100；所述的结冷胶为高酰基结冷胶、低酰基结冷胶或二者的混合物；所述的透明质酸为低分子量透明质酸或高分子量透明质酸或寡聚透明质酸或其它透明质酸衍生物或它们的混合物；所述的气凝胶为二氧化硅气凝胶粉末或二氧化硅气凝胶颗粒或二氧化硅气凝胶涂料商品或石墨烯气凝胶或碳气凝胶或金属气凝胶或其它无机、有机气凝胶或气凝胶前体物质；所述的新型光固化粘胶剂包含但不限于各种新型商品光敏材料、新型光敏树脂、UV粘胶剂等，本专利优选的为新型商品UV‑803光固化粘胶剂、UV‑903光固化粘胶剂及UEV‑2002UV803光固化粘胶剂、新型光敏环氧树脂或新型光敏材料等；所述的新型环保溶剂为醋酸异丁酯或六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯或聚（甲基乙烯基醚/马来酸）半酯共聚物或聚（甲基乙烯基醚/马来酸酐）半酯共聚物或双((3,4‑环氧环己基)甲基)己二酸酯或甲基丙烯酸异冰片酯或丙烯酸异冰片酯或精油或氟溶剂或离子液体或这些溶剂形成的混合溶剂。...

【技术特征摘要】
1.一种储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能新型材料，其特征在于，所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能材料包括结冷胶、透明质酸及气凝胶混合物、新型光固化粘胶剂或光敏材料和溶剂；结冷胶的质量百分含量为0.0001%～19.0%；透明质酸质量百分含量为0.0001%～19.0%；气凝胶粉末含量0.04～99.7%；光固化粘胶剂或光敏材料及溶剂的质量百分含量为0.001%～99.0%，二者的混合比例为1～1000:1～1000，较优化的1～500:1～500，最优化的为1～100:1～100；所述的结冷胶为高酰基结冷胶、低酰基结冷胶或二者的混合物；所述的透明质酸为低分子量透明质酸或高分子量透明质酸或寡聚透明质酸或其它透明质酸衍生物或它们的混合物；所述的气凝胶为二氧化硅气凝胶粉末或二氧化硅气凝胶颗粒或二氧化硅气凝胶涂料商品或石墨烯气凝胶或碳气凝胶或金属气凝胶或其它无机、有机气凝胶或气凝胶前体物质；所述的新型光固化粘胶剂包含但不限于各种新型商品光敏材料、新型光敏树脂、UV粘胶剂等，本专利优选的为新型商品UV-803光固化粘胶剂、UV-903光固化粘胶剂及UEV-2002UV803光固化粘胶剂、新型光敏环氧树脂或新型光敏材料等；所述的新型环保溶剂为醋酸异丁酯或六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯或聚（甲基乙烯基醚/马来酸）半酯共聚物或聚（甲基乙烯基醚/马来酸酐）半酯共聚物或双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯或甲基丙烯酸异冰片酯或丙烯酸异冰片酯或精油或氟溶剂或离子液体或这些溶剂形成的混合溶剂。2.一种权利要求1所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护气凝胶多功能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.制备结结冷胶、透明质酸与气凝胶混合物，将结冷胶、透明质酸与气凝胶粉末或前体物质按比例称量后用物理混匀方法，包含但不限于气流粉碎混合、机械搅拌混合、超声波混合、研磨混合等，即得到轻质混合物，此混合物在低湿密闭条件下保存；b.制备光敏气凝胶混合物，将步骤a获得的轻质混合物，与比例称取的光固化粘胶剂、预处理的功能载体或功能材料、上述溶剂充分避光条件下研磨混合，静止后即得到光敏气凝胶混合物；c.制备储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能复合材料，对步骤b获得的光敏气凝胶功能混合物进行固化干燥处理，得到模具所赋形状的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能材料，此材料也可以借助附着剂在不同载体或功能材料上涂覆或包覆或掺杂后光固化干燥。3.根据权利要求2所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护材料制备方法，其特征在于：步骤c所述的固化干燥处理方法是高能量紫外线快速固化干燥方法或室温自然光缓慢固化干燥方法或高能辐照固化。4.根据权利要求3所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能复合材料制备方法，其特征在于：所述的高能量紫外线快速固化干燥方法是将上述气凝胶复合物快速固化干燥，去除溶剂，得到模具所赋形状的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护气凝胶多功能复合材料或在选定的载体或功能材料上涂覆或包覆或掺杂多功能气凝胶复合材料后光固化干燥。5.根据权利要求3所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能材料制备方法，其特征在于：所述的高能量紫外线快速固化干燥方法或室温自然光缓慢固化干燥方法是先将气凝胶复合物与光固化溶剂或与预处理剂充分混合，用光固化溶剂或光敏材料使材料均质化，然后在特定模具或载体材料上光固化干燥或辐照固化干燥，得到模具所赋形状或涂覆有气凝胶复合物的功能材料，再进行后续的功能化处理。6.根据权利要求5所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能复合材料制备方法，其特征在于：所述的固化剂为光敏材料，如各种光敏树脂、光固化粘胶剂或它们的混合物；所用的新型溶剂为多种新型有机溶剂、精油或预处理纯化水，如醋酸异丁酯或六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯或聚（甲基乙烯基醚/马来酸）半酯共聚物或聚（甲基乙烯基醚/马来酸酐）半酯共聚物或双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯或甲基丙烯酸异冰片酯或丙烯酸异冰片酯或精油或氟溶剂或离子液体或这些溶剂形成的混合溶剂。7.根据权利要求6所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能材料制备方法，其特征在于：使用时，可以按上述a获得的轻质混合物与新型光固化树脂或新型光固化粘胶剂、新型溶剂组分别低温存放，临用时与功能载体或功能材料混合后光照固化或辐照固化干燥。8.根据权利要求7所述的储能、隔热、保温、蓄冷、防潮、保湿、防护多功能气凝胶复合材料制备方法，其特征在于：与可降解高分子材料、吸附剂、助滤剂、水分保持剂、杀菌剂、杀虫剂、酶类、蛋白质、增稠剂、粘合剂、乳化剂、营养强化剂、防腐剂、矿物质、无机盐、塑料、酸碱度调节剂结合使用或包覆于这些材料，可防护和增强这些材料的作用及拓展其使用范围，增强其稳定性，可用于航空、航天、航海、土壤保湿改良、食品保鲜、农作物防虫、肥料增效、活性成分稳定、药品控释、香料控释、油墨增效、农药控释、农畜牧产品保存运输、土壤保湿、土壤改良、除雾霾、除甲醛、净水、造纸、印刷等，这些可降解高分子材料及功能材料或功能载体包含但不限于各种精油、乙烯基乙二醇醚、4-羟丁基乙烯基醚、丙烯基乙醚、1,1,3,3-四甲氧基丙烷、3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、四氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯、聚（甲基乙烯基醚/马来酸）半酯共聚物、聚（甲基乙烯基醚/马来酸酐）半酯共聚物、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、甘油聚合物、透明质酸及其衍生物、寡聚透明质酸、壳聚糖及其衍生物、白卡纸、牛皮纸、陶瓷制品、陶瓷粉末、不锈钢、木板、玻璃、有机玻璃、铝合金、钛合金、聚（甲基乙烯基醚/马来酸）共聚物、海藻寡聚糖、二苯甲酮、乙烯基甲醚与马来酸酐的共聚物游离酸、乙烯基甲醚与马来酸酐线性共聚物、乙烯基甲醚与马来酸酐共聚物的钙/钠混合物、聚维酮碘、聚维酮白、乙烯基吡咯烷酮与醋酸乙烯共聚物、交联聚乙烯吡咯烷酮、玻璃纤维、无纺布、、醋酸纤维、海藻糖寡聚物、淀粉及其衍生物、糊精、纤维素及其衍生物、明胶及其衍生物、蛋白质及其衍生物、氨基酸及其衍生物、乳链球菌素、那他霉素、新霉素、链霉素、丙烯酸羟丙酯、环氧（甲基）丙烯酸酯、青霉素、庆大霉素、生物钙、乳酸钙、聚酮树脂、磷酸钙、葡糖糖酸钙、海藻酸盐、葡萄糖酸锌、沙棘提取物、沙棘籽油、消光粉、紫外线吸收剂、铁丝网、铜丝网、棉花、硝化棉、水泥、沙棘油、深海鱼油、角鲨烷、不饱和脂肪酸、脂肪酸、甘油三酯及其衍生物、胆固醇及其衍生物、维生素C及其衍生物、熊果苷及其衍生物、全氟聚醚低聚物、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、阻燃棉、抗菌防螨防臭棉、负离子棉、蚕丝、乙二胺四乙酸盐、氢氟酸、氟溶剂、十二烷基氧化胺、植酸、泛酸、凝血酸、生育酚、次磷酸盐、麦芽多聚糖、麦芽糖、异冰片基丙烯酸酯、玉米蛋白、白蛋白、过氧化苯甲酰、过氧化碳、过氧化脲、二氧化氯、二氧化硫、硅藻土、白陶土、活性炭、烟酰胺、刺五加甙B+E、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、1,6-己二醇二丙烯酸酯、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基肌氨酸钠、海藻糖及其衍生物、甲壳素、十四烷基三甲基氯化铵、十烷基三甲基氯化铵、琼脂、安息香乙醚、酪蛋白酸盐、阿拉伯胶、卡拉胶、瓜尔胶及其衍生物、丙酮、环糊精及其衍生物、大豆磷脂及其衍生物、磷脂及其衍生物、磷酸三钾、磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、偏磷酸盐、胃蛋白酶、糜蛋白酶、胰酶、淀粉酶、木瓜蛋白酶、凝乳酶、果胶酶、食品菌、石蜡、紫胶、高岭土、乳化硅油、吐温-20、曲拉通-100、吐温-80、布里杰-35、布里杰-98、曲拉通...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑜，周咏梅，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：广州市芯检康生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44