CN111040233A - 一种泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法，该气凝胶包括以下质量百分比的组分：有机树脂80‑95ωt％，有机多孔泡沫5‑20ωt％，所述的有机树脂包括酚醛树脂所述的有机多孔泡沫包括聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫或酚醛泡沫中的一种或多种，通过(1)有机树脂溶液的配置；(2)低压浸渍；(3)溶胶‑凝胶反应；(4)气凝胶的常压干燥等步骤制得。与现有技术相比，本发明具有可压缩、疏水及阻燃性良好等优点。

Description

一种泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其是涉及一种泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法。
背景技术
气凝胶是具有高比表面积，高孔隙率和低密度的纳米多孔固体材料，具有多种应用，包括热绝缘体，环境处理，催化载体，能量存储设备和航空航天应用。气凝胶通常由各种前驱体经过溶胶-凝胶法制成，包括纤维素纳米纤维，苯酚甲醛(PF)，碳纳米管(CNT)，氧化石墨烯(GO)及其混合气凝胶。其中，苯酚甲醛具有较高的残炭率，所形成的碳层结构致密稳定，可用于储能，催化，保温等方面。
由于其独特的纳米网络和纳米孔结构，气凝胶的导热系数非常低，例如间苯二酚甲醛(RF)气凝胶在室温下的导热系数为0.012W·m-1·K-1，并且是航空航天中使用的优异绝热材料。其超低的导热系数可归因于(1)固体纳米结构的高孔隙率和曲折度，可将热传导降至最低；(2)有效抑制热辐射，最重要的是，(3)孔径低于平均自由程气相(空气平均自由程约为70nm)，可有效降低热对流的影响。在应用方面，作为超级绝热材料，其在太阳能热水器、热电池及军事及航天领域有很好的应用前景。作为催化载体材料，由于其具有小粒径、高比表面积和低密度等特点，使气凝胶催化剂的活性和选择性远远高于常规催化剂，而且它还可以有效减少副反应的发生。作为电化学材料，由于其具有低介电常数、高比表面积、高介电强度等特点，气凝胶有非常优越的表现。
然而，气凝胶易碎且容易塌陷，其机械性能差。在应力条件下，气凝胶由于其较差的机械性能呈现出破碎及不可压缩的状况。在航空航天领域所需要的隔热材料实际应用中，为满足不同需求需要将材料加工成不同的形状，但是其差的机械性能限制了它们的加工和组装。在民用领域所需要的隔热材料实际应用中，如装修材料，除了对隔热性能有要求，还对防火阻燃性能有一定要求。另外，在材料运输及储存方面，对材料自身的疏水性能有一定的要求。因此，研制一种新型具有可压缩性、疏水及具有一定防火阻燃性能的气凝胶，使其能够应用在民用及航空航天领域有着重要的意义。
目前，为了克服气凝胶的脆性，已经进行了许多尝试，如用碳纤维，碳纳米管和陶瓷纤维增强凝胶骨架来增强凝胶骨架。然而，在这些工艺中使用的许多增强体在经济上不适合大规模生产，同时引入增强体随之增加的密度会严重限制气凝胶的大规模制备及应用。
专利申请CN 108658575 A公开了一种纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，以气凝胶为基体，纤维为增强体，采用硅溶胶、改性溶液和碱性溶液的混合液作为浸渍处理试剂。该材料通过预先单独配置三组分溶液，可使得各自水解反应充分，然后根据性能需求按比例通过静态混合器进行混合，可实现性能参数的灵活可调，得到的气凝胶具有一定的力学和疏水性能。但是该技术仍然沿用了超临界干燥技术。超临界体系比较复杂，工业化的难度大、成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可压缩、疏水及阻燃性良好的泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，该气凝胶包括以下质量百分比的组分：有机树脂80-95ωt％，有机多孔泡沫5-20ωt％，所述的有机树脂包括酚醛树脂，所述的有机多孔泡沫包括聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫或酚醛泡沫中的一种或多种，优选三聚氰胺泡沫。
进一步地，所述的有机多孔泡沫的结构形式包括开孔型泡沫结构或闭孔型泡沫结构。
进一步地，所述的有机多孔泡沫密度为0.01-0.10g/cm3。
进一步地，所述的酚醛树脂平均分子量为1000Da。
进一步地，所述的酚醛树脂采用以下方法制得：
(1)在反应器中加入酚、醛和催化剂进行反应，得到呈淡黄色粘稠液；
(2)升温继续反应，并调节pH；
(3)反应结束后抽真空，得到酚醛树脂。
更进一步地，所述的酚和醛的摩尔比在0.5-2之间，所述的催化剂的摩尔量为酚的4-6％，所述的酚包括苯酚、间甲酚或间苯二酚中的一种或两种，所述的醛包括甲醛或糠醛，所述的催化剂包括草酸或盐酸。
更进一步地，步骤(1)中所述反应的温度为65-75℃，时间为0.5-2h；步骤(2)中，所述反应的温度为80-95℃，时间为2-4h，反应的pH＝6.5-7.5。
一种如上所述的泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)有机树脂溶液的配置：通过溶剂溶解有机树脂并加入固化剂，得到有机树脂溶液；
(2)低压浸渍：将有机多孔泡沫置于模具中，采用低压注射浸渍法，将有机树脂溶液完全浸渍于有机多孔泡沫；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，进行溶胶-凝胶反应，反应结束后冷却至室温；
(4)气凝胶的常压干燥：将模具打开，然后将气凝胶置于常压环境下干燥，得到具有泡沫骨架增强的有机气凝胶。
进一步地，所述的溶剂包括正丁醇、异丙醇、乙醇或乙二醇中的一种或几种，所述的有机树脂在有机树脂溶液中的浓度为10-50ωt％，所述的固化剂为六亚甲基四胺，添加量为有机树脂质量的9-12ωt％。
进一步地，步骤(2)中，所述低压浸渍的压力不大于0.5MPa；步骤(3)中，所述反应的温度为80-140℃，时间为24-48h；步骤(4)中，所述干燥的温度为20-120℃，时间为24-48h。
采用以上方法制备得到的可压缩、疏水及阻燃有机气凝胶，以轻质及多孔的有机泡沫为骨架，以有机树脂纳米颗粒为基体，通过溶胶-凝胶相分离实现纳米网络结构的构筑，具有典型多孔泡沫增强三维纳米颗粒网络结构，其纳米孔直径在50-1000nm范围内、密度在0.10-0.50g/cm3可调控，室温热导率低至0.020W/m·K，应变为80％的压缩强度高达78MPa，疏水角高达148°，热释放速率低至52KW·m-2，从以上数据可以看出，本发明制备出的气凝胶表现出良好的隔热性，高强度，高疏水性以及良好的阻燃性。
以六亚甲基四胺固化酚醛树脂为例，固化剂固化酚醛树脂过程(1)如下：
Figure BDA0002297124490000041
酚醛树脂和六亚甲基四胺在醇溶液中，六亚甲基四胺分子中的N原子具有富余的孤对电子，能够与少量H+离子发生配位作用，使溶液产生弱碱性。弱碱性的溶液环境能够提高酚羟基中邻对位C原子的反应活性，因此，从这方面说六亚甲基四胺在树脂体系中起到“催化剂”的作用。
此外，六亚甲基四胺分子中的C-N键在环张力作用下易发生断键，致使亚甲基与树脂分子上的活性点发生反应，形成交联的网络结构，起到交联剂的作用，交联反应过程如式(1)所示。因此，在树脂溶液中HMTA分子同时扮演交联剂和催化剂的双重作用。
由于酚醛气凝胶颗粒与颗粒之间以一定的“缩颈”结构相互联结，形成“珠链”状交错连接，构造出发达的三维网络结构。随着六亚甲基四胺用量的逐渐降低，气凝胶颗粒直径逐渐减小，这是因为较高的六亚甲基四胺含量可以提供更多的反应位，使酚醛树脂线性分子链交联成聚合度较高的网络结构，因此在溶剂化作用下形成的溶胶粒子尺寸较大。当六亚甲基四胺的用量较低时，交联反应速率相对缓慢，聚合物网络交联密度小，最终形成的溶胶颗粒粒径降低。
随着固化剂含量的降低，颗粒间的孔径与颗粒直径呈现出相同的减小趋势。孔径分布更加均匀，在气凝胶骨架形成的过程中，溶胶颗粒以物理聚集和化学交联的方式相互结合，较高的固化剂含量使得溶胶颗粒表面有更多的反应活性，因此颗粒之间更容易以化学交联的方式相互结合，从而颗粒在聚集以后更容易发生团簇现象，因此形成的孔隙尺寸较大。反之，降低固化剂含量可以有效降低颗粒尺寸，颗粒间堆积密实，形成纳米级的孔隙。
通过固化剂与有机树脂的比例调节气凝胶材料的孔径，可以使制备的气凝胶具有典型的纳米多孔复合结构从而降低材料本身的密度，限制固体热传导，又由于纳米多孔材料本身具有多孔网络结构，其孔隙直径小于空气分子自由程——70nm，限制了气体分子的对流传热，有效的阻止表面热量向内部传递，使得热导率降低。
以三聚氰胺泡沫为例，有机泡沫的化学结构(2)如下：
Figure BDA0002297124490000051
有机泡沫的多孔骨架微结构保留在气凝胶中，在气凝胶的干燥过程中限制了气凝胶的收缩，有机泡沫网络骨架本身提供了溶胶-凝胶需要的凝胶位点，有利于凝胶颗粒的进一步生长，赋予气凝胶极好的可压缩性，便于加工组装。
对于酚醛树脂和三聚氰胺泡沫，由于它们含有大量的亲水基团-OH和N-H基团，它们表现不出疏水性。但是在三聚氰胺泡沫骨架增强的酚醛树脂气凝胶中，由于它们的-OH基团与-NH2基团发生了交联反应，导致亲水基团减少，使得其显示出优异的疏水性。
另外，含多氮有机泡沫本身具有阻燃性，不需要额外添加阻燃剂就能够具有良好的阻燃性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明由具有多孔结构的有机树脂和轻质多孔有机泡沫复合而成，其宏观、微观形貌可控，密度低，并具有优异隔热性能，制备工艺简单、成本低，可加工性强；
(2)有机泡沫的多孔骨架微结构保留在气凝胶中，对气凝胶的结构进行了强有力的支撑，限制了气凝胶的收缩，提供了溶胶-凝胶需要的凝胶位点，有利于凝胶颗粒的进一步生长，赋予气凝胶极好的可压缩性，强度大，应变为80％的压缩强度高达78MPa，便于加工组装；
(3)本发明通过固化剂与有机树脂的比例调节气凝胶材料的孔径，使得气凝胶具有多孔网络结构，其孔隙直径小于气体分子自由程，从而限制气体分子的对流传热，有效的阻止表面热量向内部传递，提高了隔热性能，室温热导率低至0.020W/m·K；
(4)泡沫骨架增强的有机气凝胶中，由于它们的亲水基团相互之间发生了交联反应，导致亲水基团减少，使得其显示出优异的疏水性，疏水角高达148°；
(5)有机泡沫含多氮结构，使其本身具有阻燃性，不需要额外添加阻燃剂就能够赋予气凝胶良好的阻燃性能，热释放速率低至52KW·m-2，增加了使用和运输过程中的安全性。
附图说明
图1为实施例3中气凝胶的微观形貌；
图2为实施例3中气凝胶的孔径分布曲线；
图3为实施例3中气凝胶的压缩应力-应变曲线；
图4为实施例3中气凝胶的动态疏水角曲线；
图5为实施例3中气凝胶的热释放速率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为10：90：2，此时酚醛树脂质量分数为10％。
将密度为10kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为112Kg/m3，材料平均孔径为1000nm，室温热导率为0.021W/m·K，应变为80％的压缩强度为4MPa，疏水角为130°，热释放速率为86KW·m-2。
实施例2
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为10：90：2，此时酚醛树脂质量分数为10％。
将密度为20kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为121Kg/m3，材料平均孔径为821nm，室温热导率为0.025W/m·K，应变为80％的压缩强度为6MPa，疏水角为131°，热释放速率为80KW·m-2。
实施例3
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为15：85：3，此时酚醛树脂质量分数为15％。
将密度为10kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，如图1所示，密度为160Kg/m3，材料平均孔径为200nm，气凝胶的孔径分布曲线如图2所示；室温热导率为0.026W/m·K，应变为80％的压缩强度为14MPa，气凝胶的压缩应力-应变曲线如图3所示；疏水角为135°，气凝胶的动态疏水角曲线如图4所示；热释放速率为82KW·m-2，气凝胶的热释放速率曲线如图5所示。
实施例4
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为15：85：3，此时酚醛树脂质量分数为15％。
将密度为20kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为169Kg/m3，材料平均孔径为181nm，室温热导率为0.029W/m·K，应变为80％的压缩强度为20MPa，疏水角为137°，热释放速率为76KW·m-2。
实施例5
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为20：80：4，此时酚醛树脂质量分数为20％。
将密度为10kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为215Kg/m3，材料平均孔径为100nm，室温热导率为0.031W/m·K，应变为80％的压缩强度为37MPa，疏水角为138°，热释放速率为74KW·m-2。
实施例6
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为20：80：4，此时酚醛树脂质量分数为20％。
将密度为20kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为230Kg/m3，材料平均孔径为90nm，室温热导率为0.034W/m·K，应变为80％的压缩强度为45MPa，疏水角为140°，热释放速率为70KW·m-2。
实施例7
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为25：75：5，此时酚醛树脂质量分数为25％。
将密度为10kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为260Kg/m3，材料平均孔径为70nm，室温热导率为0.035W/m·K，应变为80％的压缩强度为51MPa，疏水角为143°，热释放速率为66KW·m-2。
实施例8
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为25：75：5，此时酚醛树脂质量分数为25％。
将密度为20kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为273Kg/m3，材料平均孔径为65nm，室温热导率为0.040W/m·K，应变为80％的压缩强度为59MPa，疏水角为144°，热释放速率为60KW·m-2。
实施例9
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为30：70：6，此时酚醛树脂质量分数为25％。
将密度为10kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为300Kg/m3，材料平均孔径为60nm，室温热导率为0.040W/m·K，应变为80％的压缩强度为70MPa，疏水角为146°，热释放速率为59KW·m-2。
实施例10
一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
在反应器中加入苯酚、甲醛和盐酸进行反应，苯酚与甲醛摩尔比为1：1，盐酸为苯酚5％的摩尔量，得到呈淡黄色粘稠液；调节温度为90℃继续反应，并调节pH为7，抽真空，得到酚醛树脂。然后分别称取一定量的酚醛树脂和异丙醇，加入到搅拌釜中，机械搅拌直至完全溶解，最后再加入六亚甲基四胺，继续搅拌1h得到酚醛树脂浸渍液，其中酚醛树脂、异丙醇、六亚甲基四胺的质量比例为30：70：6，此时酚醛树脂质量分数为25％。
将密度为20kg/m3的三聚氰胺泡沫平铺在不锈钢模具中，用上述配备的酚醛树脂溶液在常温常压下缓慢地浸渍三聚氰胺泡沫，直至浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经24h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下干燥24h；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中12h，此时样品基本完全干燥，制备出泡沫骨架增强的有机气凝胶，密度为310Kg/m3，材料平均孔径为58nm，室温热导率为0.048W/m·K，应变为80％的压缩强度为78MPa，疏水角为148°，热释放速率为52KW·m-2。

Claims (10)

1.一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，该气凝胶包括以下质量百分比的组分：有机树脂80-95ωt％，有机多孔泡沫5-20ωt％，所述的有机树脂包括酚醛树脂，所述的有机多孔泡沫包括聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、三聚氰胺泡沫或酚醛泡沫中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，所述的有机多孔泡沫的结构形式包括开孔型泡沫结构或闭孔型泡沫结构。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，所述的有机多孔泡沫密度为0.01-0.10g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，所述的酚醛树脂平均分子量为1000Da。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，所述的酚醛树脂采用以下方法制得：
(1)在反应器中加入酚、醛和催化剂进行反应，得到呈淡黄色粘稠液；
(2)升温继续反应，并调节pH；
(3)反应结束后抽真空，得到酚醛树脂。
6.根据权利要求5所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，所述的酚和醛的摩尔比在0.5-2之间，所述的催化剂的摩尔量为酚的4-6％，所述的酚包括苯酚、间甲酚或间苯二酚中的一种或两种，所述的醛包括甲醛或糠醛，所述的催化剂包括草酸或盐酸。
7.根据权利要求5所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶，其特征在于，步骤(1)中所述反应的温度为65-75℃，时间为0.5-2h；步骤(2)中，所述反应的温度为80-95℃，时间为2-4h，反应的pH＝6.5-7.5。
8.一种如权利要求1所述的泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)有机树脂溶液的配置：通过溶剂溶解有机树脂并加入固化剂，得到有机树脂溶液；
(2)低压浸渍：将有机多孔泡沫置于模具中，采用低压注射浸渍法，将有机树脂溶液完全浸渍于有机多孔泡沫；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，进行溶胶-凝胶反应，反应结束后冷却至室温；
(4)气凝胶的常压干燥：将模具打开，然后将气凝胶置于常压环境下干燥，得到具有泡沫骨架增强的有机气凝胶。
9.根据权利要求8所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的溶剂包括正丁醇、异丙醇、乙醇或乙二醇中的一种或几种，所述的有机树脂在有机树脂溶液中的浓度为10-50ωt％，所述的固化剂为六亚甲基四胺，添加量为有机树脂质量的9-12ωt％。
10.根据权利要求8所述的一种泡沫骨架增强的有机气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低压浸渍的压力不大于0.5MPa；步骤(3)中，所述反应的温度为80-140℃，时间为24-48h；步骤(4)中，所述干燥的温度为20-120℃，时间为24-48h。
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