一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶及其制备方法技术

技术编号：40152735 阅读：7 留言：0更新日期：2024-01-26 23:17

本发明专利技术提供一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶及其制备方法，涉及纳米多孔材料制备领域，所述高分子气凝胶具有纳米、亚微米和微米三层级孔结构和粒子结构，所述孔结构为各向异性；所述各向异性的孔为轴向为贯通孔，径向为非贯通孔，轴向导热系数0.026～0.035W/(m·K)，径向导热系数0.020～0.026W/(m·K)；所述三层级孔结构的孔为：10～20μm、100～200nm和5～50nm；所述三层级粒子结构的粒子为：基本粒子为0～10nm胶粒，胶粒构成5～50nm孔；胶粒构成200～300nm胶束，胶束构成100～200nm孔；胶束构成10～50μm团簇，团簇构成10～20μm孔；本发明专利技术采用定向冷冻，避免了传统气凝胶制备方法获得无序多孔结构，而是以各向异性生长的冰晶为模板，制备的复合气凝胶具有多层级各向异性多孔隙结构，并且制备工艺简单、绿色、安全。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米多孔材料制备领域，尤其涉及一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶及其制备方法。

技术介绍

1、在进行气凝胶制备时，采用冷冻制备法制备气凝胶，为气凝胶的一种方式，但由于传统冷冻制备法在制备定向高分子气凝胶时，在冷冻干燥过程中的会产生巨大应力，易导致制备中或制备完成的高分子气凝胶出现开裂、体积收缩、力学性能差等问题，因此，本专利技术提出一种采用定向冷冻装置，并超临界二氧化碳干燥辅助，有效解决了冷冻干燥所带来的问题并且尽可能的保持留气凝胶特性，且具有低热导率各向异性的高分子气凝胶及其制备方法。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶及其制备方法，以解决传统冷冻制备法在制备定向高分子气凝胶时，在冷冻干燥过程中的会产生巨大应力，易导致制备中或制备完成的高分子气凝胶出现开裂、体积收缩、力学性能差等技术问题。

2、本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

3、一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶，所述高分子气凝胶具有纳米、亚微米和微米三层级孔结构和粒子结构，所述孔结构为各向异性；

4、所述各向异性的孔为轴向为贯通孔，径向为非贯通孔，轴向导热系数0.026～0.035w/(m·k)，径向导热系数0.020～0.026w/(m·k)；

5、所述三层级孔结构的孔为：10～20μm、100～200nm和5～50nm；

6、所述三层级粒子结构的粒子为：基本粒子为0～

7、所述微米孔为轴向有序贯通孔道。

8、一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，具体步骤如下：

9、(1)2～6份高分子粉末、50份有机溶剂和1～5份惰性溶剂在70～90℃下搅拌30～50min直至高分子粉末完全溶解得到高分子溶液；

10、(2)将步骤(1)所得的高分子溶液放入40～60℃烘箱静置0.5～2h脱泡；

11、(3)将步骤(2)所得的高分子溶液放置在模具中单向冷冻10～30min，得到湿凝胶；

12、(4)将步骤(3)得到的湿凝胶脱模后置于20～40℃的乙醇中进行溶剂置换1～3次，每次置换时间为4～12h，置换后的醇凝胶进行超临界干燥后得到具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶。

13、优选的，所述步骤(1)中的高分子粉末为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚乙烯中的一种。

14、优选的，所述步骤(1)中的有机溶剂为n-n二甲基乙酰胺、n-n二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮中的一种。

15、优选的，所述步骤(1)中的惰性溶剂为氨水、去离子水或乙醇中的一种。

16、优选的，所述步骤(3)中的单向冷冻温度为-180～-60℃，且冷源位于凝胶模具底部，且模具内的高分子溶液中的溶剂自下而上凝固结晶形成有序孔道和层级结构。

17、本专利技术的有益效果是：

18、1、本专利技术采用定向冷冻，避免了传统气凝胶制备方法获得无序多孔结构，而是以各向异性生长的冰晶为模板，制备的复合气凝胶具有多层级各向异性多孔隙结构，并且制备工艺简单、绿色、安全。

19、2、本专利技术所制备的高分子气凝胶的层级各向异性孔结构使其在轴向和纵向热导率差异较明显，可用于精密电子设备、新能源汽车和特种服装的热管理，同时可用于污水处理进行高效油水分离。

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【技术保护点】

1.一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶，其特征在于：所述高分子气凝胶具有纳米、亚微米和微米三层级孔结构和粒子结构，所述孔结构为各向异性；

2.根据权利要求1所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的高分子粉末为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚乙烯中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的有机溶剂为N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种。

5.根据权利要求2所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的惰性溶剂为氨水、去离子水或乙醇中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的单向冷冻温度为-180～-60℃，且冷源位于凝胶模具底部，且模具内的高分子溶液中

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

4.根据权利要求2所述的一种具有层级各向异性孔结构的高分子气凝胶制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲蕾，孔勇，沈晓冬，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：

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