本发明专利技术提供了一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构；由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得。本发明专利技术提供的复合气凝胶材料中，有机相和无机相分别为连续的纳米尺度纠缠网络，兼具有机气凝胶的力学性质和二氧化硅气凝胶的隔热防火能力。本发明专利技术中1cm厚的该材料能在1300℃喷灯火焰下，抗火焰冲击超过30min而不会产生无机相的脱落和分离，同时能保证被保护侧的温度不超过300℃。本发明专利技术操作简单，反应安全可靠，能通过简单的物料配比变化调控所得材料的隔热耐火性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气凝胶材料
，尤其涉及一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶材料是一种具有三维网络结构和超低密度的材料，最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得。由于气凝胶独特的三维结构和物理性能，其作为防火隔热材料被广泛应用在建筑、航空航天以及其他高科技领域。目前报道的具有应用前景的气凝胶主要包括两类：1、以二氧化硅气凝胶、氧化石墨烯气凝胶等为代表的无机纳米单元构筑的无机气凝胶材料；2、以聚氨酯气凝胶、酚醛树脂气凝胶、环氧树脂气凝胶为代表的有机气凝胶材料。但是，常见的有机气凝胶的防火性能达不到无机气凝胶的防火水平；常见的无机气凝胶材料的应用又受限于其极脆的力学性能，这些都给研究者们提出了新的更高的材料制备等要求。将刚性的无机相与具有柔性的有机相复合，这为改善气凝胶等材料的性能提供了一种具有发展前景的方法。比如，《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society，2014年第136期，16066页)报道了一种通过无机物前驱体和嵌段共聚物共组装得到有序介孔结构，再原位聚合有机物，得到一种富含有机物微相的多孔有机无机杂化复合材料；美国《高分子科学杂志》(Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry，2003年第41期，905页)报道了一种通过溶胶凝胶方法，制备得到热塑性酚醛树脂与二氧化硅的纳米复合材料。但是，上述方法都存在一个重要问题，就是不能避免材料有机相和无机相之间的相分离。当在连续的燃烧过程中，随着有机相的烧蚀，由于两相间的介观或宏观相分离过程，无机相会迅速脱落，使材料不能继续保持隔热防火的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法，本专利技术提供的气凝胶材料具有优异的隔热防火性能。本专利技术提供一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得；所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构。优选地，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的密度为27～48mg/cm3。优选地，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的孔隙率在97％以上。优选地，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料中二氧化硅的质量含量为20％～90％。本专利技术还提供一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：a)在酸存在下，将有机硅前驱体和酚类化合物分散在含水溶液中，使有机硅前驱体发生水解，得到混合溶液；b)将所述混合溶液与壳聚糖、醛类化合物和水混合，形成溶胶，然后进行水热反应，得到酚醛树脂/二氧化硅复合水凝胶；c)将所述酚醛树脂/二氧化硅复合水凝胶进行超临界二氧化碳干燥，得到酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。优选地，所述步骤a)中，所述酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种或多种；所述有机硅前驱体选自正硅酸四乙酯和正硅酸甲酯中的至少一种。优选地，所述步骤a)中，所述酸的体积、有机硅前驱体的体积、酚类化合物的物质的量与含水溶液的体积之比为(0.2～0.8)mL：(1～8)mL：(0.01～0.02)mol：30mL。优选地，所述步骤a)中，所述水解在室温下进行，所述水解的时间为4h～24h。优选地，所述步骤c)具体为：将所述酚醛树脂/二氧化硅复合水凝胶进行溶剂置换，然后进行超临界二氧化碳干燥，得到酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。优选地，还包括：d)将所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料进行压缩，得到压缩后的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。与现有技术相比，本专利技术提供的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构，由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得。本专利技术提供的复合气凝胶材料中，有机相和无机相分别为连续的纳米尺度纠缠网络，兼具有机气凝胶的力学性质和二氧化硅气凝胶的隔热防火能力。在本专利技术中，1cm厚的该材料能够在1300℃的喷灯火焰下，抗火焰冲击超过30min以上而不会产生无机相的脱落和分离，于此同时还能够保证被保护侧的温度不超过300℃，隔热防火性能优异。进一步的，本专利技术操作简单，反应安全可靠，能够通过简单的物料配比变化调控所得材料的隔热耐火性能，适于规模化工业推广。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络复合水凝胶的实物照片；图2为本专利技术实施例1制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的实物照片；图3为本专利技术实施例1制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的扫描电镜照片；图4为本专利技术实施例1制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的透射电镜照片；图5为本专利技术实施例1制备的酚醛树脂碳/二氧化硅双网络气凝胶的高分辨透射电镜照片；图6为本专利技术实施例2制备的间苯二酚甲醛树脂/二氧化硅双网络复合水凝胶和气凝胶的实物照片图；图7为本专利技术实施例3制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的扫描电镜照片；图8为本专利技术实施例3制备的酚醛树脂碳/二氧化硅双网络气凝胶的透射电镜照片；图9为本专利技术实施例4制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的扫描电镜照片；图10为本专利技术实施例4制备的酚醛树脂碳/二氧化硅双网络气凝胶的透射电镜照片；图11为本专利技术实施例5制备的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的扫描电镜照片；图12为本专利技术实施例5制备的酚醛树脂碳/二氧化硅双网络气凝胶的透射电镜照片；图13为本专利技术实施例制备的不同硅含量的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的密度变化数据图；图14为本专利技术实施例制备的不同硅含量的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的热重分析图；图15为本专利技术实施例制备的不同硅含量的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的力学压缩应力应变图；图16为实施例1制备的未压缩的气凝胶材料和实施例7压缩后的酚醛树脂/二氧化硅双网络气凝胶的实物对比照片；图17为本专利技术实施例耐火性能测试装置的示意图；图18为本专利技术实施例气凝胶材料的耐火性能测试照片；图19为实施例1未压缩的气凝胶材料背火侧的温度随时间的变化曲线；图20为实施例7压缩后的气凝胶材料背火侧的温度随时间的变化曲线；图21为实施例1未压缩的气凝胶材料和实施例7压缩后的气凝胶烧蚀后的实物对比照片；图22为对比例制备的酚醛树脂气凝胶的烧蚀情况。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得；所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构。本专利技术提供的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料兼具超低密度和优异的隔热防火、耐烧蚀的性能，利于应用。本专利技术提供的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得；所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构。
【技术特征摘要】
1.一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅前驱体、酚类化合物、醛类化合物和壳聚糖的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得；所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料具有二氧化硅相和树脂相相互缠结的纳米网络结构。2.根据权利要求1所述的气凝胶材料，其特征在于，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的密度为27～48mg/cm3。3.根据权利要求1所述的气凝胶材料，其特征在于，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的孔隙率在97％以上。4.根据权利要求1所述的气凝胶材料，其特征在于，所述酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料中二氧化硅的质量含量为20％～90％。5.一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：a)在酸存在下，将有机硅前驱体和酚类化合物分散在含水溶液中，使有机硅前驱体发生水解，得到混合溶液；b)将所述混合溶液与壳聚糖、醛类化合物和水混合，形成溶胶，然后进行水热反应，得到酚醛树脂/二氧化硅复合水凝胶；c)将所述酚醛树脂/二氧化硅复合水凝胶进行超...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，于志龙，杨宁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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