CN106009056B - 一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料及其制备方法，属于气凝胶材料及其制备方法领域。通过将热塑性聚合物与乙酸丁酸纤维素熔融共混、牵伸、萃取等制备得到聚合物纳米纤维，将该聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，形成聚合物纳米纤维分散液，再发生交联反应，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，对交联后的聚合物纳米纤维悬浮液进行冷冻干燥，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。本发明制备的聚合物纳米纤维基气凝胶材料具有明显的纳米纤维多孔结构，力学性能良好等优点。本发明制备的产品可直接应用或通过与其他材料复合应用于空气过滤、隔热、吸附等多种领域。

Description

一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于气凝胶材料及制备方法领域，具体地涉及一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料及其制备方法。
背景技术
气凝胶是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物，是目前世界上最轻的固体材料。它具有纳米级的气孔结构，比表面积高达500～1200m2·g-1，孔隙率达到90％以上。这种特殊的结构赋予气凝胶许多优良的性能，使其在隔热保温、隔音、催化、吸附等方面有光明的前途。其应用可涉及航空航天、建筑、生物化学、石油泄漏等众多领域。
由于气凝胶的多孔结构以及其纳米级的气孔，使得气凝胶的骨架强度低，导致气凝胶韧性小、力学性能差、结构不稳定，因此在实际应用时受到限制。而这种限制尤其在无机气凝胶中更加显著。无机气凝胶强度低，结构容易被破坏。
与无机气凝胶不同，有机气凝胶较无机气凝胶有易加工、韧性好的特点，是气凝胶材料研究的一个重要发展方向。例如，中国发明专利申请(申请公开号：CN103131039A，申请公开日：2013-6-5)，公开了一种纳米纤维素气凝胶的制备方法。该方法介绍了一种纳米纤维素气凝胶的制备，这种方法解决了纤维素气凝胶在有机溶剂中不易均匀分散等问题，制备出了性能良好的有机气凝胶。但是纤维素气凝胶的化学稳定性差，不耐腐蚀，所以使纤维素气凝胶的应用领域受到了很大的限制。同时纤维素气凝胶在制备过程一般使用溶胶-凝胶法，溶胶-凝胶法中的化学反应是影响气凝胶网络结构形成的关键，该方法不仅过程复杂，同时制备而成的气凝胶的结构难以调控，容易坍塌，所以纤维素气凝胶的制备也有很大的局限性。
根据制备纳米纤维方法的不同，中国发明专利申请(申请公开号：CN104911901A，申请公开日：2013-06-05)，公开了一种静电纺气凝胶复合纳米纤维膜及其制备方法。该方法介绍了一种以纳米纤维为核，气凝胶为壳的核壳结构，从而达到既防水透湿又超薄保暖的气凝胶。
此外，中国发明专利申请(申请公开号：CN104674383A，申请公开日：2015-06-03)，公开了一种碳纳米纤维气凝胶的静电纺丝气凝胶的构建方法。该方法介绍了用静电纺丝法制备碳纳米纤维，经冷冻干燥制备碳纳米纤维气凝胶的方法。该方法制备的纳米纤维气凝胶组成和结构易控，可以满足实际应用中的不同需求。静电纺纳米纤维由于其纤维制备的特殊性，制备气凝胶对气凝胶成型较有利，但是其纺丝溶液大多具有毒性，同时多数纤维在制成凝胶时需要溶剂置换等工艺，使得其制备方法复杂化，不适宜大规模生产制备。同时静电纺纳米纤维制备方法不适用于制备热塑性纳米纤维，而使得静电纺制备纳米纤维的方法在制备纳米纤维上，有着明显的缺陷。
另外，还有一些其他材料的气凝胶，如中国发明专利申请(申请公开号：CN104017233A，申请公开日：2014-09-03)，公布了磁性细菌纤维素气凝胶稀有材料的制备方法，该方法用磁性细菌纤维素气凝胶改性为碳纳米纤维气凝胶，加上磁性粒子用于吸油材料。
如中国发明专利申请(申请公开号：CN104529519A，申请公开日：2015-04-22)，公布了一种矿物纳米纤维气凝胶的常压干燥制备方法，该方法用非金属矿物质粉末制成溶胶后经发泡再干燥制备成气凝胶。
如中国发明专利申请(申请公开号：CN105566674A，申请公开日：2016-05-11)，公布了一种高比表面积的甲壳素纳米纤维气凝胶及其制备方法。该方法利用甲壳素制备出甲壳素气凝胶，具有较高比表面积。
如中国发明专利申请(申请公开号：CN105236426A，申请公开日：2015-10-13)，公开了一种聚合物改性兼纳米纤维碳纤维掺杂的SiO2气凝胶。中国发明专利申请(申请公开号：CN105131328A，申请公开日：2015-12-09)，公布了一种聚合物气凝胶的制备方法，该方法制备出的聚合物气凝胶种类较多，主要应用于吸油材料。中国发明专利申请(申请公开号：CN105175720A，申请公开日：2015-12-23)，公布了一种导电聚合为气凝胶的制备方法，该方法运用苯胺和低酯果胶制备出力学性能良好的导电聚合物气凝胶。缺点是制备方法复杂。
除了聚合物气凝胶，生物质气凝胶也是制备热点。如中国发明专利申请(申请公开号：CN105504335A，申请公开日：2016-04-20)，公布了一种生物质微纳米纤维气凝胶的制备方法，该方法用生物中的虾壳提取甲壳素制备出气凝胶，不仅做到废物利用，同时制备出气凝胶力学性能良好。但该发明的缺点是从虾壳中提取甲壳素的操作过程比较复杂。
对于后期不同的干燥方式处理，中国发明专利申请(申请公开号：CN105670029A，申请公开日：2016-06-15)，公开了一种真空干燥制备聚酰胺气凝胶的方法，该方法使用低沸点溶剂代替高沸点溶剂，使得聚酰胺气凝胶可直接由冷冻干燥制备而成，且置换溶剂可重复使用。该发明的缺点是制备气凝胶的原料比较单一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料及其制备方法。该方法制备的聚合物纳米纤维基气凝胶可直接应用或通过与其他材料复合应用于空气过滤、隔热、吸附等多种领域，且该制备工艺简单，对冷冻干燥条件要求低，生产成本低，具有一步到位的优点。
一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，包括如下制备步骤：
1)纳米纤维的制备：将热塑性聚合物与乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经熔融挤出、牵伸，制备得到聚合物纳米纤维原丝；将所述聚合物纳米纤维原丝经丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素，得到聚合物纳米纤维；
2)纳米纤维分散液的制备：将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，经乳化、剪切，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)纳米纤维基气凝胶材料的制备：向所述步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入交联剂进行交联反应，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液进行冷冻、干燥，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
进一步地，所述步骤2)中的有机溶剂为醇类或酸类中的一种或一种以上，且水系溶剂中有机溶剂与水的质量百分比为50～90：10～50。
再进一步地，所述醇类为乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种或一种以上；所述酸类为甲酸、乙酸中的一种。
更进一步地，所述步骤2)的具体反应过程如下：
将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，聚合物纳米纤维与水或水系溶剂的质量百分比为1～5：95～99；经乳化机乳化、剪切，且乳化机的剪切速度为5000～20000r/min，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液。
更进一步地，所述步骤3)中，交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为1～10：90～99，且交联剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺或壳聚糖中的一种。
更进一步地，所述步骤3)的具体反应过程如下：
向所述步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入交联剂进行交联反应，在搅拌的条件下，加热温度控制在30～90℃之间，反应时间为30～100min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液；再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，在零下90℃～零下20℃的条件下进行冷冻，冷冻时间为6～20h，冷冻结束后进行真空干燥，真空度为1～50Pa，干燥时间为20～90h，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
更进一步地，所述搅拌为磁力搅拌，所述加热为水浴加热，控制水浴加热温度在30～60℃之间，反应时间为30～60min。
更进一步地，所述步骤1)中，热塑性聚合物为聚酯类、聚酰胺类或聚烯烃共聚物中的一种。
更进一步地，所述聚酯类为PET、PTT、PBT、PBAT中的一种，所述聚酰胺类为PA6、PA66、PA12、PA1010中的一种，所述聚烯烃共聚物为PVA-co-PE、PE-co-GMA中的一种。
本发明还公开了一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料，所述聚合物纳米纤维基气凝胶材料根据上述制备方法制备得到。
本发明的原理：
1、各种热塑性聚合物的选用原理：
PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯，在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用，温度可高达120℃，本身不溶于甲醇、乙醇、丙酮、烷烃。
PTT：聚对苯二甲酸丙二醇酯，是一种性能优异的聚酯类新型纤维，综合了尼龙的柔软性、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性,加上本身固有的弹性,以及能常温染色等特点,把各种纤维的优良服用性能集于一身,从而成为当前国际上最新开发的热门高分子新材料之一。
PBT：聚对苯二甲酸丁二醇酯，最重要的热塑性聚酯，五大工程塑料之一。可以在140℃下长期工作，韧性、耐疲劳性，本身不耐强酸、强碱，能耐有机溶剂，可燃，高温下分解。
PBAT：是巴斯夫公司生产的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的商品名，俗称为Ecoflex，属于热塑性生物降解塑料，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。
PA6：聚酰胺-6，即尼龙6，化学物理特性和尼龙66很相似，然而，它的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。它的抗冲击性和抗溶解性比尼龙66塑料要好,但吸湿性也更强。因为塑件的许多品质特性都要受到吸湿性的影响，因此使用尼龙6设计产品时要充分考虑到这一点。为了提高尼龙6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。
PA66：聚酰胺-66，聚己二酰己二胺；性能优于尼龙6，强度高，耐磨性好。
PA12：是半结晶-结晶热塑性材料。是很好的电气绝缘体并且和其它聚酰胺一样不会因潮湿影响绝缘性能。它有很好的抗冲击性机化学稳定性。PA12有许多在塑化特性和增强特性方面的改良品种，和PA6及PA66相比，这些材料有较低的熔点和密度，具有非常高的回潮率。
PA1010：半透明，吸水小。耐寒性较好。适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。
PVA-co-PE：聚乙烯醇-乙烯共聚物，具有较高的亲水性、无毒、生物相容性良好、成膜性能好、力学吸能和低污染等特点。
PE-co-GMA：聚乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯，为甲基丙烯酸缩水甘油酯对聚乙烯的改性后的聚合物，GMA是一种不溶于水，易溶于有机溶剂的无色透明液体，对PE进行改性后，提高了聚合物的亲水性和极性，同时也赋予了聚烯烃新的特性。
2、本发明的制备方法的工作原理：
本发明利用熔融纺丝法制备出聚合物纳米纤维原丝，通过索氏萃取法得到聚合物纳米纤维，再经高速剪切使聚合物纳米纤维均匀分散在水或水系溶剂中。由于经过剪切，纤维长径比降低，对气凝胶的比表面积不会有太大影响。然后加入适量的交联剂后通过冷冻干燥法制得聚合物纳米纤维基气凝胶材料。由于利用了聚合物纳米纤维之间的链相互缠结作用，以及纳米纤维的活性官能团(羟基、氨基等)与交联剂之间的氢键、范德华力等形成气凝胶的三维网络结构，使其在干燥后仍能保持高孔隙结构。
本发明的有益效果在于：
1、气凝胶原料的多样性使得制备出的气凝胶自身性质也有所不用，本发明的气凝胶不仅原料范围包含可熔融纺丝的聚合物，制备方法简单，无需溶剂置换等复杂步奏，制备过程安全健康，制备而成的气凝胶形态良好，结构不易坍塌。
2、本发明制备的纳米纤维气凝胶具有明显的纳米纤维多孔结构，且为有机气凝胶，使得其相比无机气凝胶而言力学性能良好。同时相比纤维素气凝胶，制备工艺简单，对冷冻干燥条件要求低；相比静电纺纳米纤维，经熔融纺丝，萃取之后的纳米纤维无需使用有毒有害化学药品，环保安全，工艺流程简单，制备纳米纤维气凝胶结构良好。
3、本发明相比其他原料制备出的气凝胶，有纳米纤维多孔结构，性能优异。本发明由于纤维自身结构，使得制备而成的纳米纤维气凝胶易改性、接枝或与其他物质复合，使得纳米纤维气凝胶应用领域广阔，不仅可直接应用于空气过滤、隔热、吸附等领域，同时可以通过简单的改性或复合应用于更多领域。
说明书附图
图1为本发明的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的电镜扫描示意图。
具体实施方式
一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，包括如下制备步骤：
1)聚合物纳米纤维的制备：将热塑性聚合物与乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经熔融挤出、牵伸，制备得到聚合物纳米纤维原丝；将所述聚合物纳米纤维原丝经丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素，得到聚合物纳米纤维；
为更好的实现本发明的技术方案，热塑性聚合物为聚酯类、聚酰胺类或聚烯烃共聚物中的一种。
进一步地，所述聚酯类为PET、PTT、PBT、PBAT中的一种，所述聚酰胺类为PA6、PA66、PA12、PA1010中的一种，所述聚烯烃共聚物为PVA-co-PE、PE-co-GMA中的一种。
其中，热塑性聚合物与乙酸丁酸纤维素的质量百分比优选为20：80。
2)聚合物纳米纤维分散液的制备：将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，经乳化、剪切，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
具体地，所述步骤2)中的有机溶剂为醇类或酸类中的一种或一种以上，且水系溶剂中有机溶剂与水的质量百分比为50～90：10～50，所述醇类为乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种或一种以上；所述酸类为甲酸、乙酸中的一种。
所述步骤2)的具体反应过程为，将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，聚合物纳米纤维与水或水系溶剂的质量百分比为1～5：95～99；经乳化机乳化、剪切，且乳化机的剪切速度为5000～20000r/min，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液。
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向所述步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入交联剂进行交联反应，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液进行冷冻、干燥，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
进一步地，所述步骤3)中，交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为1～10：90～99，且交联剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺或壳聚糖中的一种。
所述步骤3)的具体反应过程为：向所述步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入交联剂进行交联反应，在磁力搅拌的条件下，水浴加热温度控制在30～90℃之间，反应时间为30～100min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液；再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，在零下90℃～零下20℃的条件下进行冷冻，冷冻时间为6～20h，冷冻结束后进行真空干燥，真空度为1～50Pa，干燥时间为20～90h，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
由上述制备方法制备得到的聚合物纳米纤维气凝胶材料具有良好的微观结构，同时克服无机物气凝胶力学性能差等特点，力学性能良好，成型性也较好，具有不易坍塌的优点。
为了更好的实现本发明，下面结合具体的实施例对本发明作进一步地阐述。
实施例1
1)聚合物纳米纤维的制备：取20g聚酯类共聚物，本实施例中优选为PET(也可为PTT、PBT或Ecoflex中的一种)，与80g乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸制备得聚合物纳米纤维原丝；且乙酸丁酸纤维素作为基体；将该聚合物纳米纤维原丝用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素基体，得到聚合物纳米纤维；
2)聚合物纳米纤维分散液的制备：将步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入50g水中，且聚合物纳米纤维与水的质量百分比为1：99，经乳化机剪切，其中，剪切速度为5000r/min，得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入聚乙烯醇交联剂，且聚乙烯醇交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为1：99，在50℃的水浴加热条件下，磁力搅拌反应60min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物悬浮液冷却至室温，再在零下20℃的条件下冷冻20h后，真空干燥90h，且干燥时的真空度为50Pa，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
实施例2
1)聚合物纳米纤维的制备：取20g聚酰胺类共聚物，本实施例中优选为PA66，与80g乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸制备得聚合物纳米纤维原丝；且乙酸丁酸纤维素作为基体；将该聚合物纳米纤维原丝用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素基体，得到聚合物纳米纤维；
2)聚合物纳米纤维分散液的制备：取90g乙醇与10g水混合得到水系溶剂，将步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水系溶剂中，且聚合物纳米纤维与水系溶剂的质量百分比为5：95，经乳化机剪切，其中，剪切速度为8000r/min，得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入聚乙二醇交联剂，且聚乙二醇交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为5：95，在60℃的水浴加热条件下，磁力搅拌反应50min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，再在零下50℃的条件下冷冻10h后，真空干燥60h，且干燥时的真空度为40Pa，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
实施例3
1)聚合物纳米纤维的制备：取20g聚酰胺类共聚物，本实施例中优选为PA12，与80g乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸制备得聚合物纳米纤维原丝；且乙酸丁酸纤维素作为基体；将该聚合物纳米纤维原丝用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素基体，得到聚合物纳米纤维；
2)聚合物纳米纤维分散液的制备：取60g乙酸或者甲酸与40g水混合得到水系溶剂，将步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水系溶剂中，且聚合物纳米纤维与水系溶剂的质量百分比为3：97，经乳化机剪切，其中，剪切速度为10000r/min，得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入聚N,N-二甲基丙烯酰胺交联剂，且聚N,N-二甲基丙烯酰胺交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为10：90，在80℃的水浴加热条件下，磁力搅拌反应70min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，再在零下90℃的条件下冷冻5h后，真空干燥30h，且干燥时的真空度为30Pa，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
实施例4
1)聚合物纳米纤维的制备：取20g聚烯烃类共聚物，本实施例中优选为PVA-co-PE，与80g乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸制备得聚合物纳米纤维原丝；且乙酸丁酸纤维素作为基体；将该聚合物纳米纤维原丝用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素基体，得到聚合物纳米纤维；
2)纳米纤维分散液的制备：取50g乙醇或叔丁醇与50g水混合得到水系溶剂，将步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水系溶剂中，且聚合物纳米纤维与水系溶剂的质量百分比为1：99，经乳化机剪切，其中，剪切速度为20000r/min，得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入壳聚糖交联剂，且壳聚糖交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为10：90，在50℃的水浴加热条件下，磁力搅拌反应70min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，再在零下40℃的条件下冷冻15h后，真空干燥20h，且干燥时的真空度为10Pa，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
实施例5
1)聚合物纳米纤维的制备：取20g聚烯烃类共聚物，本实施例中优选为PE-co-GMA，与80g乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸制备得聚合物纳米纤维原丝；且乙酸丁酸纤维素作为基体；将该聚合物纳米纤维原丝用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素基体，得到聚合物纳米纤维；
2)聚合物纳米纤维分散液的制备：取50g异丙醇与水的混合物(异丙醇与乙醇各25g)与50g水混合得到水系溶剂，将步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水系溶剂中，且聚合物纳米纤维与水系溶剂的质量百分比为1：99，经乳化机剪切，其中，剪切速度为20000r/min，得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备：向步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入壳聚糖交联剂，且壳聚糖交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为10：90，在50℃的水浴加热条件下，磁力搅拌反应70min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液，再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，再在零下40℃的条件下冷冻15h后，真空干燥20h，且干燥时的真空度为10Pa，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
上述实施例制备得到的聚合物纳米纤维气凝胶材料具有如下表1所示的性能参数。
表1实施例中聚合物纳米纤维基气凝胶材料的性能参数
如图1所示，本发明制备的纳米纤维基气凝胶材料具有多孔结构，且空隙率较大，再结合表1可知，本发明制备的大部分纳米纤维基气凝胶材料的孔隙率≥90％，导热系数≤0.035。因此本发明制备的产品具有明显的纳米纤维多孔结构，力学性能良好，可直接应用于隔热及吸附等领域。
同时，本发明制备的纳米纤维基气凝胶的密度在0.2～0.4g/cm3之间，具有孔径大，质量轻的优点。
对本发明制备的纳米纤维基气凝胶材料可直接进行空气过滤实验，其中，对于0.2～0.4μm的微粒，过滤效率可达到99％以上，此时压降仅为40～55pa左右，因此本发明的产品可直接应用于空气过滤领域。
此外，本发明制备的产品，力学性能稳定，强度高，结构不易坍塌，不容易被破坏。本发明制备的产品可直接应用或通过与其他材料复合应用于空气过滤、隔热、吸附等多种领域。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
1)纳米纤维的制备：将热塑性聚合物与乙酸丁酸纤维素混合均匀后，经熔融挤出、牵伸，制备得到聚合物纳米纤维原丝；将所述聚合物纳米纤维原丝经丙酮萃取，去除乙酸丁酸纤维素，得到聚合物纳米纤维；
所述步骤1)中，热塑性聚合物为聚酯类、聚酰胺类或聚烯烃共聚物中的一种；
2)纳米纤维分散液的制备：将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，经乳化、剪切，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液；
3)纳米纤维基气凝胶材料的制备：向所述步骤2)制备的聚合物纳米纤维分散液中加入交联剂进行交联反应，在磁力搅拌的条件下，加热温度控制在30～60℃之间，反应时间为30～60min，得到交联后的聚合物纳米纤维悬浮液；再将交联后的聚合物纳米纤维悬浮液冷却至室温，在零下90℃～零下20℃的条件下进行冷冻，冷冻时间为6～20h，冷冻结束后进行真空干燥，真空度为1～50Pa，干燥时间为20～90h，制备得到聚合物纳米纤维基气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的有机溶剂为醇类或酸类中的一种或一种以上，且水系溶剂中有机溶剂与水的质量百分比为50～90：10～50。
3.根据权利要求2所述的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述醇类为乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种或一种以上；所述酸类为甲酸、乙酸中的一种。
4.根据权利要求1或2或3所述的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的具体反应过程如下：
将所述步骤1)制备的聚合物纳米纤维加入水中或水与有机溶剂组成的水系溶剂中，聚合物纳米纤维与水或水系溶剂的质量百分比为1～5：95～99；经乳化机乳化、剪切，且乳化机的剪切速度为5000～20000r/min，制备得到分散均匀的聚合物纳米纤维分散液。
5.根据权利要求1所述的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，交联剂与聚合物纳米纤维分散液的质量百分比为1～10：90～99，且交联剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺或壳聚糖中的一种。
6.根据权利要求1所述的聚合物纳米纤维基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述聚酯类为PET、PTT、PBT、PBAT中的一种，所述聚酰胺类为PA6、PA66、PA12、PA1010中的一种，所述聚烯烃共聚物为PVA-co-PE、PE-co-GMA中的一种。
7.一种聚合物纳米纤维基气凝胶材料，其特征在于：所述聚合物纳米纤维基气凝胶材料根据权利要求1～6中任意一项制备方法制备得到。
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