疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法，制备方法具体为：先对芳纶纤维进行特定工艺的降解，将所得芳纶纳米纤维分散液制备成水凝胶；再通过特定溶剂进行两次溶剂交换，接着与水性聚氨酯复合并冷冻干燥，得到复合气凝胶；接着将其浸渍于含有聚二甲基硅氧烷与固化剂的分散液中，充分浸渍分散液后再次冷冻干燥，得到疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶

【技术实现步骤摘要】
疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气凝胶制备
，尤其涉及一种疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法
。

技术介绍

[0002]芳纶是一种由聚酰胺类高分子化合物构成的合成纤维，其化学结构中包含芳香环和酰胺基团，使其具有优异的力学性能和化学稳定性
。
同时芳纶具有高强度
、
高模量以及良好的耐高温和化学稳定性能，广泛用于航空航天
、
防弹材料
、
汽车工业
、
船舶
、
运动器材等领域
。
以芳纶为原料制备的芳纶纳米纤维气凝胶理论上具有优异的力学性能
、
良好的热稳定性
、
高孔隙率，同时具有低密度和较高的比表面积，可应用于吸附材料
、
隔热保温材料
、
分离膜和催化剂载体等领域
。
但现阶段制备的芳纶纳米纤维气凝胶结构稳定性较差
、
机械性能相对较弱
、
长期使用的稳定性不足且功能较为单一，这限制了芳纶纳米纤维气凝胶材料在实际生产中的应用
。
[0003]申请号为
CN202210001811.8
的专利公开了一种改性对位芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用，该申请先制备含有具有聚集诱导发光特性的荧光单元的改性对位芳纶纳米纤维絮状分散液，接着将絮状分散液经真空过滤脱水形成水凝胶，再经过冷冻干燥得到改性对位芳纶纳米纤维气凝胶
。
该专利技术的不足之处在于，采用结构改性的方式引入具有聚集诱导发光特性的荧光单元共聚，可能会影响材料的长期使用稳定性，以及结构改性导致材料的不可逆变化进而使材料的其他性能降低
。
[0004]申请号为
CN202110593962.2
的专利公开了一种芳纶纳米纤维基复合气凝胶及其制备方法，该申请先制备芳纶纳米纤维悬浮液，接着将芳纶纳米纤维悬浮液与聚合物溶液混合，使其在化学结合中形成强烈的分子间氢键作用，后经过冷冻干燥制备出蜂窝有序结构的气凝胶材料
。
该专利技术的不足之处在于制备的气凝胶材料孔隙均匀性不高，功能性相对单一
。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法，以解决上述问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法，该方法通过对芳纶纤维进行特定工艺的降解，将所得芳纶纳米纤维分散液制备成水凝胶，通过特定溶剂进行两次溶剂交换，接着与水性聚氨酯复合并冷冻干燥，使得芳纶纤维和聚氨酯分子交联缠绕，得到复合气凝胶，接着将其浸渍于含有聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
与固化剂的分散液中，进一步冷冻干燥，最终通过各物质的协同作用，得到结构特殊的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶
。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1.
将芳纶纤维加入氢氧化钾溶液中浸泡
15
‑
25s
，再向其中加入
DMSO
，得到预设浓度的芳纶纳米纤维分散液；
[0009]S2.
向步骤
S1
制备的所述芳纶纳米纤维分散液中加入超纯水，搅拌得到水凝胶；先将所述水凝胶置于超纯水中进行一次溶剂交换，再放入叔丁醇与超纯水的混合溶液中进行二次溶剂交换，得到芳纶纳米纤维水凝胶；
[0010]S3.
将步骤
S2
制备的所述芳纶纳米纤维水凝胶打碎，并加入水性聚氨酯，机械搅拌，冷冻干燥得到复合气凝胶；
[0011]S4.
将聚二甲基硅氧烷与固化剂分散于叔丁醇中得到预设浓度的分散液，将步骤
S3
制备的所述复合气凝胶浸渍于所述分散液中，将浸渍分散液后的气凝胶冷冻干燥，得到疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶
。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S1
中，所述芳纶纳米纤维分散液的质量
‑
体积分数为
0.5
％
‑
1.5
％
。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S2
中，所述二次溶剂交换过程中所用混合溶液中叔丁醇与超纯水的体积比为
45
‑
55
％
:45
‑
55
％
。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S3
中，制备复合气凝胶时，水性聚氨酯占芳纶纤维的质量分数为
20
％
‑
50
％
。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S4
中，所述分散液中聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积和占分散液总体积的
0.1
‑
1.0
％；聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积比为
(9
‑
11):1。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述固化剂为氢化铂催化剂
。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S3
中，所述冷冻干燥的时长为
20
‑
30h
；冷冻干燥的温度为
(
‑
80)
‑
(
‑
45)℃
，真空度为
15
‑
50Pa
；步骤
S4
中，所述冷冻干燥的时长为
10
‑
20h
；冷冻干燥的温度为
(
‑
80)
‑
(
‑
45)℃
，真空度为
15
‑
50Pa。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S2
中，所述一次溶剂交换的时长为
20
‑
30h
；所述二次溶剂交换的时长为
20
‑
30h。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S1
具体为，先将氢氧化钾溶于超纯水中，得到氢氧化钾溶液；将芳纶纤维长丝剪切成4‑
6mm
的短纤维，按氢氧化钾溶液中氢氧化钾固体的质量与芳纶短纤维的质量比为
3:(1.5
‑
2.5)
，将芳纶短纤维在碱液中浸泡
15
‑
25s
，再加入
100mL
的
DMSO
机械搅拌3‑
5h
，确保整个体系中超纯水占
DMSO
体积的3％
‑5％，使芳纶短纤维充分溶解，得到质量
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.
将芳纶纤维加入氢氧化钾溶液中浸泡
15
‑
25s
，再向其中加入
DMSO
，得到预设浓度的芳纶纳米纤维分散液；
S2.
向步骤
S1
制备的所述芳纶纳米纤维分散液中加入超纯水，搅拌得到水凝胶；先将所述水凝胶置于超纯水中进行一次溶剂交换，再放入叔丁醇与超纯水的混合溶液中进行二次溶剂交换，得到芳纶纳米纤维水凝胶；
S3.
将步骤
S2
制备的所述芳纶纳米纤维水凝胶打碎，并加入水性聚氨酯，机械搅拌，冷冻干燥得到复合气凝胶；
S4.
将聚二甲基硅氧烷与固化剂分散于叔丁醇中得到预设浓度的分散液，将步骤
S3
制备的所述复合气凝胶浸渍于所述分散液中，将浸渍分散液后的气凝胶冷冻干燥，得到疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶
。2.
根据权利要求1所述的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述芳纶纳米纤维分散液的质量
‑
体积分数为
0.5
％
‑
1.5
％
。3.
根据权利要求1所述的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述二次溶剂交换过程中所用混合溶液中叔丁醇与超纯水的体积比为
45
‑
55
％
:45
‑
55
％
。4.
根据权利要求1所述的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S3
中，制备复合气凝胶时，水性聚氨酯占芳纶纤维的质量分数为
20
％
‑
50
％
。5.
根据权利要求1所述的疏水亲油芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤
S4
中，所述分散液中聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积和占分散液总体积的
0.1
‑
1.0
％；聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积比为
(9
‑
11):1。6.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，崔科洋，赵青华，梅涛，陈卓，张文宇，黄廷山，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：