一种高回弹高柔性气凝胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于多孔材料制备技术领域，公开了一种一种高回弹高柔性气凝胶复合材料及其制备方法，其由聚烷基硅氧烷气凝胶与密胺海绵组成，具体制备过程为：首先制备含催化剂的烷基三烷氧基硅氧烷的醇溶液，利用海绵开孔结构将溶液吸入海绵孔隙中，溶液中的烷基三烷氧基硅氧烷在催化剂的作用下烷氧基进行水解产生硅羟基，硅羟基之间进行脱水缩聚反应形成三维网络结构，从而获得海绵复合聚烷基硅氧烷凝胶，通过常压干燥后得到气凝胶复合材料

【技术实现步骤摘要】
一种高回弹高柔性气凝胶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于多孔材料制备
，涉及一种气凝胶的制备，具体涉及一种高回弹高柔性气凝胶复合材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]二氧化硅气凝胶是一种以二氧化硅纳米粒子相互连接形成的具有三维纳米多孔结构的新材料，具有低密度
(0.003~0.5 g
·
cm
‑3)
，高孔隙率
(80~99.8%)
，高比表面积
(200~1000 m2·
g
‑1)
，低热导率
(0.01~0.02 W
·
m
‑1K
‑1)
等性质，在航空航天
、
化工
、
节能建筑
、
军事
、
通讯
、
电子
、
冶金等应用领域有着十分广阔的前景
。
然而二氧化硅气凝胶通常由四烷氧基硅烷或水玻璃为原料制备，导致二氧化硅气凝胶力学性能差，脆性大
、
易碎，很难单独应用
。
[0003]为了提高二氧化硅气凝胶力学性能，通常将二氧化硅气凝胶与增强纤维进行复合得到，如市场上常见的二氧化硅气凝胶复合纤维毡，该复合毡具有较好的柔韧性，但是在气凝胶复合毡中气凝胶的含量为仅为
30%~60%
，常温热导率通常为
0.018~0.024 W
·
m
‑1K
‑1，很难进一步降低复合材料的热导率
。
中国专利
CN 111848114A
采用增强泡棉作为增强相可以获得气凝胶含量
80~95%
的气凝胶复合材料，且室温热导率为
0.013~0.016 W
·
m
‑1K
‑1。
但是该泡棉复合气凝胶的压缩强度低（
10%
形变的抗压性能
1~19kPa
），难以用作承重材料
。
此外，制备二氧化硅复合材料通常以四烷氧基硅烷为原料，溶胶
‑
凝胶后需要经过疏水改性过程才能获得疏水性，导致制备周期延长，且二氧化硅气凝胶的本征脆性未解决
。
[0004]为了避免后续的疏水改性步骤以及降低气凝胶本征脆性，采用烷基三烷氧基硅烷为原料制备柔弹性气凝胶成为新的选择
。
中国专利
CN 108383129A
以甲基三烷氧基硅烷和正硅酸酯为原料，通过两步溶胶
‑
凝胶，再经溶剂置换，最后常压干燥制备疏水柔性氧化硅气凝胶
。Kanamori
等以甲基三甲氧基硅烷为原料，溴化铵
(CTAB)
或离子型嵌段聚合物
(Pluronic F127)
为表面活性剂，水为溶剂，尿素为催化剂制备了具有弹性的聚甲基硅氧烷气凝胶（
Adv. Mater., 19 (2007) 1589
‑
1593
）
。
为进一步提高烷基三烷氧基硅烷为原料制备的聚甲基硅氧烷气凝胶的柔性，
Kanamori
等采用有机硅氧烷为前驱体，十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵为表面活性剂，尿素为催化剂，通过加热凝胶后进行溶剂置换，常压干燥得到柔性气凝胶（
Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52(41): 10788
‑
10791, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52(7): 1986
‑
1989.
），但是该气凝胶具有大孔结构，热导率
~0.03 W
·
m
‑1K
‑1。
目前报的方法虽能够在常压干燥下制备出柔性硅基气凝胶，但是仍然需要进行溶剂交换过程，特别是对于块体气凝胶，其溶剂交换速度慢，耗时长，导致整个气凝胶的制备周期长，通常需要数小时甚至数天时间，制备效率仍然不高
。
因此需要进一步改进制备方法来快速制备柔性硅基气凝胶
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高回弹高柔性气凝胶复合材
料，该气凝胶复合材料具有高柔韧性
、
超疏水性以及突出的隔热性能，本专利技术的另一目的在于提供一种快速制备该高回弹高柔性气凝胶复合材料的方法
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现：一种高回弹高柔性气凝胶复合材料，由聚烷基硅氧烷气凝胶与密胺海绵组成，其中，聚烷基硅氧烷气凝胶的质量百分比为
95.1%~97.5%。
[0007]本专利技术的气凝胶复合材料具有介孔结构，孔径范围为
2~40 nm
，平均孔径为
10~30 nm
，所得介孔结构的热导率为
0.013~0.017W/(mK)
；具有高柔韧性，可以卷曲
、
缠结；具有高回弹性，在应力压缩下形变
≤70%
时撤去应力后所述气凝胶复合材料可回弹至原有尺寸的
98%
以上；具有超疏水性，接触角超过
150
°
。
所得气凝胶复合材料密度为
143~280 kg/m3，压缩
10%
形变时应力
≥400kPa
，压缩
70%
形变时压缩应力＞
2MPa。
[0008]进一步的，所述密胺海绵的密度为
7~9kg/m3。
[0009]本专利技术的进一步改进方案为：一种高回弹高柔性气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将烷基三烷氧基硅烷与醇类溶剂混合搅拌得到透明溶液；（2）在步骤（1）得到的透明溶液中加入有机强碱水溶液调节溶液
pH
值至
12.0~14.0
，再将密胺海绵浸入其中形成凝胶，将凝胶浸入醇类溶剂中进行浸泡老化；（3）将步骤（2）老化好的凝胶直接放入烘箱中进行常压干燥，得到高回弹高柔性气凝胶复合材料
。
[0010]进一步的，所述烷基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷
、
甲基三乙氧基硅烷
、
乙基三甲氧基硅烷
、
乙基三乙氧基硅烷
、
丙基三甲氧基硅烷
、
丙基三乙氧基硅烷
、
辛基三甲氧基硅烷
、
辛基三乙氧基硅烷
、
十六烷基三甲氧基硅烷
、
十六烷基三乙氧基硅烷
、
十二烷基三甲氧基硅烷
、
十二烷基三乙氧基硅烷
、
十八烷基三甲氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上混合
。
[0011]进一步的，所述醇类溶剂为甲醇...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高回弹高柔性气凝胶复合材料，其特征在于，由聚烷基硅氧烷气凝胶与密胺海绵组成，其中，聚烷基硅氧烷气凝胶的质量百分比为
95.1%~97.5%
；所述高回弹高柔性气凝胶复合材料具有介孔结构，孔径范围为
2~40 nm。2.
根据权利要求1所述的一种高回弹高柔性气凝胶复合材料，其特征在于：所述密胺海绵的密度为
7~9kg/m3。3.
如权利要求1或2所述的一种高回弹高柔性气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将烷基三烷氧基硅烷与醇类溶剂混合搅拌得到透明溶液；（2）在步骤（1）得到的透明溶液中加入有机强碱水溶液调节溶液
pH
值至
12.0~14.0
，再将密胺海绵浸入其中形成凝胶，将凝胶浸入醇类溶剂中进行浸泡老化；（3）将步骤（2）老化好的凝胶直接放入烘箱中进行常压干燥，得到高回弹高柔性气凝胶复合材料
。4.
根据权利要求3所述的一种高回弹高柔性气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述烷基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷
、
甲基三乙氧基硅烷
、
乙基三甲氧基硅烷
、
乙基三乙氧基硅烷
、
丙基三甲氧基硅烷
、
丙基三乙氧基硅烷
、
辛基三甲氧基硅烷
、
辛基三乙氧基硅烷
、
十六烷基三甲氧基硅烷
、
十六烷基三乙氧基硅烷
、

【专利技术属性】
技术研发人员：云山，汪浩东，陆路，郭探，李彦兴，孙新国，洪坤，陈静，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：