CN109306147A - 酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酚醛树脂‑二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，包括：(1)在酸存在下，将有机硅、乙醇、去离子水混合，在50～60℃水浴条件下磁力搅拌3～5h，获得混合溶液；(2)向所述混合溶液中加入酚醛树脂，再加入氨水，调节pH至5.0～11.0，搅拌，获得酚醛树脂‑二氧化硅复合水凝胶；(3)将所述酚醛树脂‑二氧化硅复合水凝胶密封老化36～60h，在55～65℃水浴条件下分别采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，获得含有正己烷溶剂的酚醛树脂‑二氧化硅复合凝胶；(4)将含有正己烷溶剂的酚醛树脂‑二氧化硅复合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。本发明中的酚醛树脂‑二氧化硅复合气凝胶材料因其具有纳米多孔网络结构，使得该复合材料具有较好的耐热性及较高的强度。

Description

酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法。
背景技术
二氧化硅气凝胶是以二氧化硅纳米颗粒相互堆积围成具有三维多孔结构的新材料。因具有低密度，高孔隙率，高比表面积，低热导率等性质使其在航空航天、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。
虽然气凝胶的研究早已成为研究者关注的热点，但迄今真正实现商业化规模生产并予以广泛推广应用的企业并不多，其主要原因在于气凝胶的成型问题。气凝胶的制备多采用溶胶凝胶法，在湿凝胶干燥过程中，由于气液界面的存在产生了很大的毛细管作用力以及凝胶孔径不完全均匀造成的凝胶骨架各向异性，最终表现出骨架宏观上受到较大的应力，引起骨架收缩开裂、网络结构坍塌，导致制备所得的气凝胶常常是粉体或颗粒，难以形成完整的块体。
为此，有必要针对上述问题，提出一种复合气凝胶材料及其制备方法，其能够解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，包括：
(1)在酸存在下，将有机硅、乙醇、去离子水混合，在50～60℃水浴条件下磁力搅拌4～24h，获得混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入酚醛树脂，再加入氨水，调节pH至5.0～11.0，搅拌，获得酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶；
(3)将所述酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶密封老化36～60h，在55～65℃水浴条件下分别采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，获得含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合凝胶；
(4)将含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合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。
优选的，所述酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种或多种。
优选的，所述有机硅为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
优选的，所述有机硅、乙醇、去离子水的摩尔比为1：8～10：1～10。
本发明还提供一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅、和酚醛树脂的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得。
优选的，所述酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的密度为0.15～0.28g/cm3。
优选的，所述酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的孔隙率在97.8％～99.8％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料因其具有纳米多孔网络结构，使得该复合材料具有较好的耐热性及较高的强度。
具体实施方式
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明公开一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，包括：
(1)在酸存在下，将有机硅、乙醇、去离子水混合，在50～60℃水浴条件下磁力搅拌4～24h，获得混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入酚醛树脂，再加入氨水，调节pH至5.0～11.0，搅拌，获得酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶；
(3)将所述酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶密封老化36～60h，在55～65℃水浴条件下分别采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，获得含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合凝胶；
(4)将含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合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。
上述步骤(1)中，所述酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种或多种，所述有机硅为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，pH优选的为7～8。
本发明的实施例中，可将上述酸、有机硅分散在含水溶液中，搅拌，使其发生水解反应，以促使无机物单体与有机物单体之间产生氢键作用，从而促进聚合。其中，所述有机硅的水解的时间优选为4h～24h，更优选为8h～24h，最优选为16h～24h。所述有机硅的水解过程可在室温下进行，本发明中并没有特殊的限定，也不需要特别的温度调控，一般来说，室温的范围可理解为15～30℃。
本发明的实施例中，优选将所述酚醛树脂-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。具体地，本发明实施例将所述酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶浸泡在有机溶剂中进行多次置换操作，取料，进行超临界干燥，得到酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶。
本发明中，所述有机硅、乙醇、去离子水的摩尔比为1：8～10：1～10，优选的，所述有机硅、乙醇、去离子水的摩尔比为1：8～10：5～10。
实施例
(1)在乙酸存在下，将摩尔比为1：8：5正硅酸乙酯、乙醇、去离子水混合，在60℃水浴条件下磁力搅拌3h，获得混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入酚醛树脂，再加入氨水，调节pH至7.5，搅拌，获得酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶；
(3)将所述酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶密封老化48h，在60℃水浴条件下分别采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，获得含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合凝胶；
(4)将含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合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。
本发明还公开一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，由包括有机硅、和酚醛树脂的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得。
根据本发明中的方法制得的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，其密度为0.15～0.28g/cm3，孔隙率为97.8％～99.8％。本发明中的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料因其具有纳米多孔网络结构，使得该复合材料具有较好的耐热性及较高的强度。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (7)

1.一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)在酸存在下，将有机硅、乙醇、去离子水混合，在50～60℃水浴条件下磁力搅拌4～24h，获得混合溶液；
(2)向所述混合溶液中加入酚醛树脂，再加入氨水，调节pH至5.0～11.0，搅拌，获得酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶；
(3)将所述酚醛树脂-二氧化硅复合水凝胶密封老化36～60h，在55～65℃水浴条件下分别采用乙醇、正己烷进行溶剂替换，获得含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合凝胶；
(4)将含有正己烷溶剂的酚醛树脂-二氧化硅复合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。
2.根据权利要求1所述的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述有机硅为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述有机硅、乙醇、去离子水的摩尔比为1：8～10：1～10。
5.一种酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，其特征在于，由包括有机硅、和酚醛树脂的物料，利用溶胶凝胶法和超临界二氧化碳干燥制得。
6.根据权利要求5所述的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，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0.15～0.28g/cm3。
7.根据权利要求5所述的酚醛树脂-二氧化硅复合气凝胶材料，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97.8％～99.8％。
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