CN109485910A - 柔性高阻燃性生物基气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括:配制生物质大分子溶液;将生物质大分子溶液与合成树脂前驱体溶液均匀混合,得到混合液,然后将混合液快速置于‑20~‑200℃下单方向受冷,冷冻为固体;最后在冻干机中冷冻干燥即得到生物基气凝胶;将生物基气凝胶于150~200℃的干燥的真空环境或干燥的碱性真空环境下后交联处理0.5~50h,即制得柔性高阻燃生物基气凝胶材料。该材料具有各向异性的机械性能,在轴向具有高强度,在径向具有回弹性;且该材料的孔壁具有多级孔结构,其多级孔结构导致制备的气凝胶具有超低的导热系数,导热系数为为0.002~0.02W/(m·K);该材料的密度为16~181kg/m3;极限氧指数为24.0~39.0%;峰值热释放速率为55.6~245.6kW/m2;气凝胶水接触角为60~148°。

Description

柔性高阻燃性生物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其制备技术领域,具体涉及一种柔性高阻燃性生物基气凝胶材料及其制备方法。
背景技术
软质回弹性泡沫材料,因其具有密度低、弹性回复好、吸音和保温等性能,广泛应用于航空航天、交通、军事、工业以及民用等领域,是一种不可或缺的材料。目前软质回弹性泡沫材料主要有软质聚氨酯泡沫和三聚氰胺甲醛泡沫等;其中三聚氰胺甲醛泡沫由于其高的甲醛释放量而限制了它的应用,而聚氨酯泡沫的原料主要来源于石油,极易燃烧,具有重大的火安全隐患,在环境和资源方面不符合可持续发展的要求。
气凝胶是密度最小的固体多孔材料之一,具有原料来源广、低密度、高孔隙率以及超低导热系数等优点,其中弹性气凝胶有望成为了传统软质弹性泡沫材料的理想替代品,受到了人们的广泛关注。弹性气凝胶主要包括有机-无机弹性气凝胶和交联大分子弹性气凝胶。关于有机-无机弹性气凝胶,主要是二氧化硅气凝胶研究得最多,有研究者以有机硅氧烷(RSiX,R为烷基、乙烯基等,X为烷氧基等)为前驱体(Kanamori,K.et al.ChemicalSociety Reviews 2011,40(2),754-770)。但是其制备过程复杂,价格昂贵,制备得到的气凝胶的压缩回复性并不理想,并且由于大量有机硅氧烷衍生物的使用,可燃有机物的比例较大,气凝胶仍较易被点燃,阻燃性能不佳。
交联大分子弹性气凝胶主要是利用柔性的长链大分子作为软段,以化学/物理交联为硬段为支撑,软段和硬段相互作用形成有压缩回复性的网络结构。有研究者将聚乙烯醇-聚乙烯共聚物和戊二醛悬浮液混合,然后通过冷冻-干燥的方法制成前驱气凝胶,最后采用加热交联的方法构建化学交联网络(Ru Xiao et al.ACS Appl.Mater.Interfaces2017,9,25533-25541);制备得到的弹性气凝胶在60%形变下,经历500次压缩-回复循环过程,强度损失仅为13.6%,表现出非常好的回弹性。相比于有机-无机弹性气凝胶,交联大分子弹性气凝胶的机械性能更为优异;然而,这类气凝胶由纯有机化合物构建,其火安全性更差。因此,如何在保持交联大分子气凝胶优异回弹性能的同时,赋予其高阻燃性能,从而使其成为传统泡沫材料的理想替代品,至今少有报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有弹性泡沫存在的问题,公开了一种柔性高阻燃性生物基气凝胶材料及其制备方法,该方法是以生物质大分子物质作为柔性链段,通过添加刚性的树脂预聚液作为交联剂和阻燃剂来制备柔性的、交联度可控、成型简单、不收缩且还能够同时具有优异阻燃性能、隔热性能以及机械性能的气凝胶。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制生物质大分子溶液;将生物质大分子溶液与合成树脂前驱体溶液按照一定比例相互均匀混合,得到混合液,然后将混合液快速置于-20~-200℃下单方向受冷,冷冻为固体;最后在冻干机中冷冻干燥即得到生物基气凝胶;
步骤二、将生物基气凝胶于150~200℃的干燥的真空环境或干燥的碱性真空环境下后交联处理0.5~50h,即制得柔性高阻燃生物基气凝胶材料。
优选的是,所述生物质大分子溶液为明胶溶液、壳聚糖溶液、果胶溶液、海藻酸钠溶液中的一种或几种的混合;所述生物质大分子溶液的质量百分比浓度为1~8%。
优选的是,所述合成树脂前驱体溶液为脲醛树脂前驱体溶液、酚醛树脂前驱体溶液或三聚氰胺树脂前驱体溶液中的任意一种;所述合成树脂前驱体溶液中的合成树脂前驱体与生物质大分子溶液中的生物质大分子的质量比为0~2:1。
优选的是,所述合成树脂前驱体溶液的制备方法为:将三聚氰胺、尿素或苯酚中的一种与甲醛按照摩尔比1:2~4在碱性条件和40~90℃下反应至澄清后再反应0min~20min,冷却到室温,即得到合成树脂前驱体溶液。
优选的是,所述单方向受冷的实施过程为:在中通模具的底部放置金属板,然后将混合液加入中通模具中,使中通模具中的底部的金属板受冷,其他部位不受冷,使混合液的冰晶自下而上单方向生长,形成具有各项异性的气凝胶泡沫材料;所述单方向受冷的温度为-60~-196℃;所述中通模具采用低导热系数的材料制作而成;所述中通模具为两端敞开而四周密封的结构,使用时在底部密封连接金属板,形成内部容纳腔,在容纳腔内加入混合液,然后将金属板接触冷冻源,实现混合液的单方向受冷;所述低导热系数的材料为聚四氟乙烯、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯硬泡中的任意一种。
优选的是,优选的是,所述步骤二中,交联处理的时间为6~12h;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠、碳酸钠、三乙胺、乙醇钠、甲醇钠碱性物质中的任意一种,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
优选的是,所述生物质大分子溶液为改性壳聚糖溶液;所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取10~15份壳聚糖和100~150份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入30~60份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至25~65MPa、温度65~85℃的条件下搅拌反应2~3h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为1~8%的改性壳聚糖溶液;所述季铵盐为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种。
优选的是,所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理30~60min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为40~85kHz,功率为50~100W,氩气的压强为35~70Pa。
本发明还提供一种采用上述的制备方法制备的柔性高阻燃性生物基气凝胶材料,所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料具有各向异性的机械性能,在轴向具有高强度,压缩模量为1.3~126MPa,在径向具有回弹性,沿径向压缩回复1000次后其压缩模量的回复率为68%~98%;所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料的孔壁具有多级孔结构,其多级孔结构导致制备的气凝胶具有超低的导热系数,导热系数为0.002~0.02W/(m·K);所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料的密度为16~181kg/m3;极限氧指数为24.0~39.0%;峰值热释放速率为55.6~245.6kW/m2;气凝胶水接触角为60~148°。
本发明还提供一种如上述的柔性高阻燃性生物基气凝胶材料在保温材料、包装材料、夹层材料、防震材料、填充材料、装饰材料、防火材料、承重材料上的应用。
本发明中合成树脂前驱体溶液的制备方法可参考以下现有技术:专利号为92107343.7、201210389987.1、201010122554.0、201110128180.8的发明专利以及文献:关昶等.化工中间体.2004,7:36-39;Zhang X.F.et al.Pigment and Resin Technology2014,43,69-74所公开的方法。
本发明至少包括以下有益效果:
(1)本发明提供的气凝胶材料其具有各向异性,机械性能优异。其在轴向方向展示出高强度,压缩模量达到126MPa,径向展示出压缩回弹性,压缩1000次后其回复率高达98%。
(2)本发明提供的气凝胶材料其孔壁具有多级孔结构以及优异的隔热性能。独特的多级孔结构导致能够大大降低材料中气体的导热系数,最后制备得到的气凝胶材料具有超低的导热系数,导热系数为0.0020~0.02W/(m·K)。
(3)本发明提供的气凝胶材料可以通过调节合成树脂的添加量,来调控气凝胶宏观展示出的超强和超软的性质。生物质大分子作为柔性链段,合成树脂作为硬段,通过调节两者的比例来调控最后制备得到的气凝胶的机械性能。根据使用环境的要求来调节两者比例制备机械性能符合要求的气凝胶,以满足实际应用要求。
(4)本发明提供的气凝胶材料中所使用的交联剂同时兼具交联和阻燃的作用。所含的合成树脂既可作为硬段与壳聚糖形成气凝胶材料的三维网状结构,又可为气凝胶材料提供优良的阻燃性,因而不仅提高了材料的机械性能,赋予材料优异回弹性能,还能提高材料的阻燃性能。解决了现有研究中出现的阻燃性能和力学回弹性能相矛盾的难题。
(5)本发明提供的气凝胶材料的制备采用后交联技术,避免了气凝胶交联度过大,在冻干过程中出现坍塌的现象,简单方便。
(6)由于本发明提供的气凝胶材料同时具有优异的阻燃性能和力学回弹性能,加上气凝胶材料固有的优异的保温性能和隔音性能,其在建筑保温、家装填充材料、管道保温以及隔音等领域具有非常广泛的应用前景。
(7)本发明提供的气凝胶材料的骨架厚度在纳米尺度使得气凝胶具有优异的耐寒性,其可在-198℃的液氮中下仍然保持优异的压缩回复性。
(8)本发明提供的气凝胶材料兼具阻燃性、超低导热系数、高回弹性、高强度以及优异的耐寒性,可作为保温材料、包装材料、夹层材料、防震材料、填充材料、装饰材料、防火材料以及承重材料等,广泛应用于航空、交通、建筑、工业、民用以及电子信息等领域,特别是应用于温差较大的场所,例如南极站、北极站、航空航天以及高海拔地区等。
(9)本发明提供的气凝胶材料具有优异的阻燃性能,峰值热释放速率低至55.6%,且氧指数高达39%,可广泛用于防火材料开发。
(10)本发明提供的气凝胶材料具有超低的导热系数,导热系数低至0.002W/(m·K),可广泛用于保温材料开发。
(11)本发明提供的气凝胶材料具有优异的耐寒性,其可在-198℃的液氮中仍然保持压缩回复性,可广泛应用于温差较大的场所材料的开发。
(12)本发明提供的气凝胶材料具有优异各向异性的机械性能,在轴向具有高强度,压缩模量为1.3~126MPa,在径向具有回弹性,沿径向压缩回复1000次后其压缩模量的回复率为68%~98%;可广泛用于防震材料、填充材料、夹层材料以及包装材料等开发。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明:
图1为实施例11制备的三聚氰胺甲醛树脂交联壳聚糖气凝胶轴向a)和径向b)的扫描电镜图;
图2为实施例11制备的三聚氰胺甲醛树脂交联壳聚糖气凝胶孔壁次级孔结构。
图3为本发明实施例11制备的三聚氰胺甲醛树脂交联壳聚糖气凝胶径向压缩50%后气凝胶的压缩回复图片;a)为初始状态,b)为压缩状态,c)为回复状态;
图4为本发明实施例11制备的三聚氰胺甲醛树脂交联壳聚糖气凝胶轴向承受自身重量5000倍重量前后对比实物图;承受重物前后,气凝胶没有变化。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
以下实施案例制备的气凝胶的密度是按照GB/T6343-2009测试的;压缩模量按照ASTM D1621-2010进行测试;极限氧指数按照ASTM D 2863-2009进行测试;热释放速率通过锥形量热测试,辐照功率为50kW/m2;导热测试时使用瞬态平面热源的Hot disk法进行测试;水接触角测试是将3微升的水滴滴在本发明制备的气凝胶材料表面10s后进行拍摄的,每个样品进行5次测试,取平均值即为水接触角数值。
实施例1:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的1%的壳聚糖醋酸溶液,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理12h即得到柔性高阻燃壳聚糖气凝胶。
实施例2:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的3%的壳聚糖醋酸溶液,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理15h即得到柔性高阻燃壳聚糖气凝胶;
实施例3:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的5%的壳聚糖醋酸溶液,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于200℃的干燥的真空环境下热处理6h即得到柔性高阻燃壳聚糖气凝胶;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;
实施例4:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的8%的壳聚糖醋酸溶液,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于200℃的干燥的碱性真空环境热处理0.5h即得到柔性高阻燃壳聚糖气凝胶;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
实施例5:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的2%的果胶溶液,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-20℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得果胶气凝胶;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理20h即得到柔性高阻燃果胶气凝胶。
实施例6:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的4%的果胶溶液,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得果胶气凝胶;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理18h即得到柔性高阻燃果胶气凝胶。
实施例7:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的8%的果胶溶液,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得果胶气凝胶;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱170℃下热处理16h即得到柔性高阻燃果胶气凝胶。
实施例8:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的2%的海藻酸钠溶液,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得海藻酸钠气凝胶;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于180℃干燥的碱性真空环境下热处理5h即得到柔性高阻燃海藻酸钠气凝胶;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
实施例9:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的4%的海藻酸钠溶液,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得海藻酸钠气凝胶;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理20h即得到柔性高阻燃海藻酸钠气凝胶。
实施例10:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的8%的海藻酸钠溶液,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得海藻酸钠气凝胶;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于真空烘箱200℃下热处理2h即得到柔性高阻燃海藻酸钠气凝胶。
实施例11:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至9后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为1%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.05:1均匀混合,得到混合液,然后将混合液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例12:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应5min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为1%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比1:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-100℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例13:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应2min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为1%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理1h即得到柔性高阻燃性树脂交联壳聚糖气凝胶;
实施例14:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至9后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为3%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.1:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-20℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶。所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于180℃干燥的碱性真空环境下热处理12h即得到柔性高阻燃性树脂交联壳聚糖气凝胶;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
实施例15:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应6min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为3%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.8:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-120℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱170℃下热处理12h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例16:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为3%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理6h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例17:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应3min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为5%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.05:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-30℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理5h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例18:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应3min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为5%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.5:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理4h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例19:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应1min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为5%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于150℃干燥的真空环境下热处理12h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;
实施例20:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.01:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-60℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理24h即得到树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例21:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应3min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比1.5:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理1h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例22:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应30min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理5h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例23:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应6min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的果胶溶液按照树脂前驱体和果胶质量比0.05:1均匀混合,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-100℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得果胶气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将果胶气凝胶置于180℃干燥的碱性真空环境下热处理6h即得到柔性高阻燃树脂交联果胶气凝胶;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
实施例24:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤二、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的果胶溶液按照树脂前驱体和果胶质量比2:1均匀混合,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得果胶气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱190℃下热处理3h即得到柔性高阻燃树脂交联果胶气凝胶。
实施例25:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为4%的果胶溶液按照树脂前驱体和果胶质量比0.025:1均匀混合,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-40℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得果胶气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理10h即得到柔性高阻燃树脂交联果胶气凝胶。
实施例26:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应3min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为4%的果胶溶液按照树脂前驱体和果胶质量比2:1均匀混合,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得果胶气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理15h即得到柔性高阻燃树脂交联果胶气凝胶。
所得气凝胶材料的密度、氧指数、峰值热释放速率、压缩模量、压缩1000次的回复率、水接触角以及导热系数等测试结果见表1。
实施例27:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应6min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的果胶溶液按照树脂前驱体和果胶质量比0.25:1均匀混合,然后将果胶溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-120℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得果胶气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将果胶气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理5h即得到柔性高阻燃树脂交联果胶气凝胶。
实施例28:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应1min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的海藻酸钠溶液按照树脂前驱体和海藻酸钠质量比2:1均匀混合,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-60℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得海藻酸钠气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理4h即得到柔性高阻燃树脂交联海藻酸钠气凝胶。
实施例29:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应至澄清,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为4%的海藻酸钠溶液按照树脂前驱体和海藻酸钠质量比1:1均匀混合,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得海藻酸钠气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理12h即得到柔性高阻燃树脂交联海藻酸钠气凝胶。
实施例30:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应6min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的海藻酸钠溶液按照树脂前驱体和海藻酸钠质量比0.5:1均匀混合,然后将海藻酸钠溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-100℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得海藻酸钠气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将海藻酸钠气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理2h即得到柔性高阻燃树脂交联海藻酸钠气凝胶。
实施例31:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将苯酚和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得酚醛树脂前驱体溶液;将该酚醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.5:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例32:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将苯酚和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应3min,制得酚醛树脂前驱体溶液;将该酚醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为4%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比1:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-80℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱190℃下热处理12h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例33:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将苯酚和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应6min,制得酚醛树脂前驱体溶液;将该酚醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-120℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于200℃干燥的真空环境下热处理6h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;
实施例34:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将尿素和甲醛按照摩尔比1:2搅拌混合并将其体系的pH调至8.0后,于80℃反应10min,制得脲醛树脂前驱体溶液;将该脲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比0.02:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-60℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例35:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将尿素和甲醛按照摩尔比1:2搅拌混合并将其体系的pH调至8.0后,于80℃反应3min,制得脲醛树脂前驱体溶液;将该脲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为4%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比1.5:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-100℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于160℃干燥的碱性真空环境下热处理12h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
实施例36:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将尿素和甲醛按照摩尔比1:2搅拌混合并将其体系的pH调至8.0后,于80℃反应6min,制得脲醛树脂前驱体溶液;将该脲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为8%的壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和壳聚糖质量比2:1均匀混合,然后将壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-196℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将壳聚糖气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理8h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
实施例37:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、配制质量百分浓度的5%的改性壳聚糖醋酸溶液,然后将改性壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-150℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得改性壳聚糖气凝胶;
步骤二、将改性壳聚糖气凝胶置于200℃的干燥的真空环境下热处理6h即得到柔性高阻燃壳聚糖气凝胶;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;
所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取12份壳聚糖和120份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入50份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至40MPa、温度80℃的条件下搅拌反应2h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为5%的改性壳聚糖醋酸溶液;所述季铵盐为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。采用本发明的改性壳聚糖,其能够提高制备的气凝胶材料的相关性能,扩大其应用范围。
实施例38:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将三聚氰胺和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至9后,于80℃反应10min,制得三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液;将该三聚氰胺甲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为1%的改性壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和改性壳聚糖质量比0.05:1均匀混合,得到混合液,然后将混合液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空冷冻干燥即制得改性壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将改性壳聚糖气凝胶置于真空烘箱160℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶;
所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取12份壳聚糖和120份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入50份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至40MPa、温度80℃的条件下搅拌反应2h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为5%的改性壳聚糖醋酸溶液;所述季铵盐为二烯丙基二甲基氯化铵。采用本发明的改性壳聚糖,其与三聚氰胺甲醛树脂前驱体的交联更加完全,且制备的气凝胶材料的相关性能均有所提高。
实施例39:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将苯酚和甲醛按照摩尔比1:3搅拌混合并将其体系的pH调至8.5后,于80℃反应10min,制得酚醛树脂前驱体溶液;将该酚醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的改性壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和改性壳聚糖质量比0.5:1均匀混合,然后将改性壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-50℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得改性壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将改性壳聚糖气凝胶置于真空烘箱180℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取12份壳聚糖和120份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入50份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至40MPa、温度80℃的条件下搅拌反应2h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为5%的改性壳聚糖醋酸溶液;所述季铵盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵。
实施例40:
一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将尿素和甲醛按照摩尔比1:2搅拌混合并将其体系的pH调至8.0后,于80℃反应10min,制得脲醛树脂前驱体溶液;将该脲醛树脂前驱体溶液与质量百分比浓度为2%的改性壳聚糖醋酸溶液按照树脂前驱体和改性壳聚糖质量比0.02:1均匀混合,然后将改性壳聚糖醋酸溶液倒至底部有金属板的中通模具中放置于-60℃下单方向受冷冷冻为固体,然后在冻干机中真空干燥即制得改性壳聚糖气凝胶;所述甲醛采用质量分数为37%的甲醛溶液,pH调节采用1mol/L的氢氧化钠溶液;
步骤二、将改性壳聚糖气凝胶置于真空烘箱150℃下热处理24h即得到柔性高阻燃树脂交联壳聚糖气凝胶。
所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取12份壳聚糖和120份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入50份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至40MPa、温度80℃的条件下搅拌反应2h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为5%的改性壳聚糖醋酸溶液;所述季铵盐为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
实施例41:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理30min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为75kHz,功率为75W,氩气的压强为40Pa。通过低温等离子体处理仪对生物基气凝胶进行处理,将部分亲水有机物表面改性为疏水表面,改善生物基气凝胶的物理化学性质;进一步疏水改性克服了生物基气凝胶由于富含亲水基团和多孔结构而易吸附空气中的水蒸气,破坏其原有的隔热性能的缺点。
其余工艺参数和过程与实施例3中的完全相同。
实施例42:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理45min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为80kHz,功率为80W,氩气的压强为40Pa。通过低温等离子体处理仪对生物基气凝胶进行处理,将部分亲水有机物表面改性为疏水表面,改善生物基气凝胶的物理化学性质,进一步疏水改性克服了生物基气凝胶由于富含亲水基团和多孔结构而易吸附空气中的水蒸气,破坏其原有的隔热性能的缺点;同时通过低温等离子体处理仪的处理,可以提高生物大分子与合成树脂前驱体的交联程度,进一步提高气凝胶材料的性能。
其余工艺参数和过程与实施例11中的完全相同。
实施例43:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例31中的完全相同。
实施例44:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例34中的完全相同。
实施例45:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例37中的完全相同。
实施例46:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例38中的完全相同。
实施例47:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例39中的完全相同。
实施例48:
所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理40min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为55kHz,功率为60W,氩气的压强为55Pa。
其余工艺参数和过程与实施例40中的完全相同。
实施例1~48所得气凝胶材料的密度、氧指数、峰值热释放速率、压缩模量、压缩1000次的回复率、水接触角以及导热系数等测试结果见表1。
表1
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、配制生物质大分子溶液;将生物质大分子溶液与合成树脂前驱体溶液按照一定比例相互均匀混合,得到混合液,然后将混合液快速置于-20~-200℃下单方向受冷,冷冻为固体;最后在冻干机中冷冻干燥即得到生物基气凝胶;
步骤二、将生物基气凝胶于150~200℃的干燥的真空环境或干燥的碱性真空环境下后交联处理0.5~50h,即制得柔性高阻燃生物基气凝胶材料。
2.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述生物质大分子溶液为明胶溶液、壳聚糖溶液、果胶溶液、海藻酸钠溶液中的一种或几种的混合;所述生物质大分子溶液的质量百分比浓度为1~8%。
3.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述合成树脂前驱体溶液为脲醛树脂前驱体溶液、酚醛树脂前驱体溶液或三聚氰胺树脂前驱体溶液中的任意一种;所述合成树脂前驱体溶液中的合成树脂前驱体与生物质大分子溶液中的生物质大分子的质量比为0~2:1。
4.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述合成树脂前驱体溶液的制备方法为:将三聚氰胺、尿素或苯酚中的一种与甲醛按照摩尔比1:2~4在碱性条件和40~90℃下反应至澄清后再反应0min~20min,冷却到室温,即得到合成树脂前驱体溶液。
5.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述单方向受冷的实施过程为:在中通模具的底部放置金属板,然后将混合液加入中通模具中,使中通模具中的底部的金属板受冷,其他部位不受冷,使混合液的冰晶自下而上单方向生长,形成具有各项异性的气凝胶泡沫材料;所述单方向受冷的温度为-60~-196℃;所述中通模具采用低导热系数的材料制作而成;所述低导热系数的材料为聚四氟乙烯、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯硬泡中的任意一种。
6.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,交联处理的时间为6~12h;所述干燥的真空环境为在真空烘箱中放置足够量的五氧化二磷,以保证固化过程的顺利进行;所述干燥的碱性真空环境为在真空烘箱中放置足够量的氢氧化钠、碳酸钠、三乙胺、乙醇钠、甲醇钠碱性物质中的任意一种,以吸收固化过程中挥发出来的酸性物质。
7.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述生物质大分子溶液为改性壳聚糖溶液;所述改性壳聚糖溶液的制备方法为:按重量份,取10~15份壳聚糖和100~150份异丙醇加入超临界反应装置中,再加入30~60份季铵盐,在超临界反应装置密封后通入二氧化碳至25~65MPa、温度65~85℃的条件下搅拌反应2~3h,卸压,乙醇沉淀,过滤,干燥,得到改性壳聚糖;将改性壳聚糖配制成质量百分比浓度为1~8%的改性壳聚糖溶液;所述季铵盐为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种。
8.如权利要求1所述的柔性高阻燃生物基气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,将得到的生物基气凝胶置于低温等离子体处理仪中处理30~60min,所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为40~85kHz,功率为50~100W,氩气的压强为35~70Pa。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的制备方法制备的柔性高阻燃性生物基气凝胶材料,其特征在于,所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料具有各向异性的机械性能,在轴向具有高强度,压缩模量为1.3~126MPa,在径向具有回弹性,沿径向压缩回复1000次后其压缩模量的回复率为68%~98%;所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料的孔壁具有多级孔结构,其多级孔结构导致制备的气凝胶具有超低的导热系数,导热系数为0.002~0.02W/(m·K);所述柔性高阻燃性生物基气凝胶材料的密度为16~181kg/m3;极限氧指数为24.0~39.0%;峰值热释放速率为55.6~245.6kW/m2;气凝胶水接触角为60~148°。
10.一种如权利要求9所述的柔性高阻燃性生物基气凝胶材料在保温材料、包装材料、夹层材料、防震材料、填充材料、装饰材料、防火材料、承重材料上的应用。
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