CN113402765A - 高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 - Google Patents
高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113402765A CN113402765A CN202110756172.1A CN202110756172A CN113402765A CN 113402765 A CN113402765 A CN 113402765A CN 202110756172 A CN202110756172 A CN 202110756172A CN 113402765 A CN113402765 A CN 113402765A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- methanol
- aerogel material
- temperature
- thermal
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 93
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 14
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 6
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005057 Hexamethylene diisocyanate Substances 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N hexamethylene diisocyanate Chemical compound O=C=NCCCCCCN=C=O RRAMGCGOFNQTLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012686 silicon precursor Substances 0.000 claims description 4
- DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N toluene 2,4-diisocyanate Chemical compound CC1=CC=C(N=C=O)C=C1N=C=O DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KXBFLNPZHXDQLV-UHFFFAOYSA-N [cyclohexyl(diisocyanato)methyl]cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1C(N=C=O)(N=C=O)C1CCCCC1 KXBFLNPZHXDQLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(dimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)OC JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KOVKEDGZABFDPF-UHFFFAOYSA-N n-(triethoxysilylmethyl)aniline Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CNC1=CC=CC=C1 KOVKEDGZABFDPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical compound C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AYLRODJJLADBOB-QMMMGPOBSA-N methyl (2s)-2,6-diisocyanatohexanoate Chemical compound COC(=O)[C@@H](N=C=O)CCCCN=C=O AYLRODJJLADBOB-QMMMGPOBSA-N 0.000 claims description 2
- NHBRUUFBSBSTHM-UHFFFAOYSA-N n'-[2-(3-trimethoxysilylpropylamino)ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCNCCN NHBRUUFBSBSTHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VNBLTKHUCJLFSB-UHFFFAOYSA-N n-(trimethoxysilylmethyl)aniline Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CNC1=CC=CC=C1 VNBLTKHUCJLFSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 description 1
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
- C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
- C08J2201/05—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase
- C08J2201/0502—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase the liquid phase being organic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/026—Aerogel, i.e. a supercritically dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
- C08J2383/04—Polysiloxanes
- C08J2383/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen, and oxygen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种新型高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法。通过双前驱体溶液法结合氨基交联改性技术，经溶胶‑凝胶、交联剂改性和超临界干燥等过程，最终得到高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。本发明具有用料低廉和工艺便捷的优点，同时能耗低，工艺简单，容易实现规模生产。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶材料的制备工艺领域，涉及一种采用溶胶-凝胶法结合超临界干燥工艺制备一种高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法。
背景技术
气凝胶作为一种具备三维纳米多孔结构的轻质多孔材料，具有低密度、高比表面积、高孔隙率等特点，在吸附、催化、隔热和阻抗耦合等方面具备广阔的应用前景。但是气凝胶材料作为一种新兴纳米多孔材料，却存在着一个致命缺陷，那就是由于其孔隙率太高(大于99％)从而导致其力学性能较差，严重阻碍了气凝胶材料的产业化进程。目前，对于提升气凝胶的力学性能，国内外研究人员也进行了大量的研究，主要包括三种策略：聚合物交联改性技术、增强体增强技术和表面改性技术。
聚合物交联技术主要是通过在形成的氧化硅湿凝胶表面，通过引入与表面Si-OH反应的有机链段，从而提升气凝胶的力学性能。唐浩云等人采用六亚甲基二异氰酸酯单体对氧化硅湿凝胶进行表面改性，经过修饰后的气凝胶的弹性模量为116MPa，提高了12倍，同时屈服强度也显著上升(化工新型材料,2014,42(3):88-91.)。增强体增强是现在气凝胶产业化过程中最常用的技术，主要是采用纤维毡、纤维纸、纳米管、纳米线等为增强相嵌入到氧化硅气凝胶材料的内部，从而起到类似于钢筋混凝土的增强效果。Li(Materials&Design,2016,99:349-355.)等人以莫来石纤维为增强相制备了莫来石/SiO2气凝胶复合材料，其杨氏模量增大到0.35MPa，较纯气凝胶材料提升了2.5倍。而表面改性技术主要是在湿凝胶的老化过程中进一步引入正硅酸四乙酯等前驱体溶液，在老化过程中进一步增强湿凝胶的骨架强度。然而，通过上述三种手段所制备的气凝胶的力学性能和热导率之间难以达到平衡，也就是说强度高的热导率也偏高，热导率低的强度依旧偏低。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法，该方法原料和工艺简单，耗能低，结构可控，制备出的气凝胶材料具备高比表、高强度和低热导率等特性，对实现气凝胶材料在隔热、催化、电化学、医疗及化学工业等领域的应用具备积极的生产意义。
本发明的技术方案为：采用双前驱体溶液法结合氨基交联改性技术，即在溶胶阶段引入含有氨基的有机硅前驱体，通过双前驱体的水解聚合形成湿凝胶，然后采用异氰酸酯对表面氨基进行进一步的交联改性，从而成功制备了低热导率、高强度的聚合物交联氧化硅气凝胶材料，该材料的研制将为隔热、催化、电化学、高温气体过滤器、膜分离、流变化学工业等领域的应用提供强大的物质基础。
本发明目的具体技术方案为：一种高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将甲醇、有机硅前驱体和氨基硅烷偶联剂均匀混合后，在5～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到硅溶胶体系A；
(2)将甲醇、氨水和去离子水均匀混合，在5～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到碱性溶液B；
(3)将上述碱性溶液B加入到步骤(1)中得到的硅溶胶体系A中，在5～40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15～30h；
(4)在步骤(3)形成的凝胶中加入含有交联剂的老化液，在烘箱内静置改性，然后进行溶剂置换；
(5)将步骤(4)中得到的湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥处理，得到高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料；
其中：步骤(1)中的甲醇、有机硅前驱体和氨基硅烷偶联剂按照(5～30)：(0.33～3.0)：1的摩尔比均匀混合；甲醇、氨水和去离子水按照摩尔比(200～500)：1：(200～500)进行混合；步骤(3)中硅溶胶体系A中甲醇和碱性溶液B中甲醇按照摩尔比1：(0.33～3)进行混合。
优选步骤(1)中所述的有机硅前驱体为正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。
优选步骤(1)中所述的氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷或氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。
优选步骤(2)中的氨水的质量分数为5％～25％。
优选步骤(4)中烘箱的温度为20～60℃，静置改性时间为24～72h；溶剂置换3～9次，每次间隔时间8～24h。
优选步骤(4)中的交联剂为甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯中的一种或其混合物。
优选步骤(4)中所述的老化液中交联剂的体积分数5％～50％；老化液中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙腈或二甲醚中的一种或其混合物。
优选步骤(5)中所述的干燥方法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～80℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为5～10L/min，干燥时间为8～15h。
有益效果：
(1)工艺简单，低温合成，能耗低。采用双前驱体溶液法结合氨基交联改性技术，并通过后续的超临界干燥工艺即可制备高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。
(2)材料具备热导率低、抗压杨氏模量高、比表面积大和颗粒均匀等特点。
(3)本方法中制备的高强度、低热导率气凝胶材料为完整块体材料，这对于实现气凝胶材料在催化、电化学、膜分离、医疗及化学工业等领域的应用具备重要意义。
附图说明
图1是实例1中制得的高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的实物照片。
图2是实例2中所制得的高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料交联前后的样品SEM图；其中(a)为聚合物交联前，(b)为聚合物交联后。
具体实施方式
实例1
将将甲醇、正硅酸四乙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷烷按照摩尔比5:0.33:1均匀混合后，在10℃的温度下均匀搅拌0.5h，得到硅溶胶体系A。将甲醇、5％氨水和去离子水按照摩尔比200:1:300均匀混合，在5℃的温度下均匀搅拌0.5h，得到碱性溶液B。按照A中甲醇和B中甲醇摩尔比1：0.33将上述碱性溶液B加入到硅溶胶体系A中，在5℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15h后加入甲苯二异氰酸酯交联剂的体积分数5％的乙腈老化液，在20℃的烘箱内静置改性72h，然后进行溶剂置换9次，每次间隔时间8h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为40℃，高压反应釜内压强为8MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为10h，从而得到高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。制得的气凝胶材料的实物照片如图1所示，从图1可以看出，该气凝胶外观呈现乳白色，经过表征发现，该块状气凝胶材料的密度为0.35g/cm3，比表面积为273m2/g，热导率为0.035W/(m·K)，抗压杨氏模量为120MPa。
实例2
将将甲醇、正硅酸四甲酯和γ-氨丙基三甲氧基硅烷按照摩尔比10:0.69:1均匀混合后，在20℃的温度下均匀搅拌1h，得到硅溶胶体系A。将甲醇、15％氨水和去离子水按照摩尔比300:1:400均匀混合，在10℃的温度下均匀搅拌2h，得到碱性溶液B。按照A中甲醇和B中甲醇摩尔比1：0.9将上述碱性溶液B加入到硅溶胶体系A中，在25℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置20h后加入甲苯二异氰酸酯交联剂体积分数20％的乙醇老化液，在30℃的烘箱内静置改性48h，然后进行溶剂置换6次，每次间隔时间16h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为60℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为8L/min，干燥时间为12h，从而得到高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。制得的气凝胶材料在交联前后SEM结果如图2所示，从图中明显可以看到经过交联剂改性后，在原本的氧化硅纳米颗粒表面包覆了一层聚合物层，从而有效提升了气凝胶的力学性能。经过表征发现，该聚合物增强气凝胶材料的密度为0.37g/cm3，比表面积为326m2/g，热导率为0.025W/(m·K)，抗压杨氏模量为160MPa。
实例3
将将甲醇、甲基三甲氧基硅烷和苯氨基甲基三乙氧基硅烷按照摩尔比15:1:1均匀混合后，在15℃的温度下均匀搅拌3h，得到硅溶胶体系A。将甲醇、10％氨水和去离子水按照摩尔比400:1:500均匀混合，在15℃的温度下均匀搅拌1h，得到碱性溶液B。按照A中甲醇和B中甲醇摩尔比1：2将上述碱性溶液B加入到硅溶胶体系A中，在25℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15h后加入六亚甲基二异氰酸酯交联剂的体积分数40％的甲醇老化液，在40℃的烘箱内静置改性36h，然后进行溶剂置换5次，每次间隔时间16h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为70℃，高压反应釜内压强为12MPa，放气速率为10L/min，干燥时间为13h，从而得到高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。经过表征发现，该块状气凝胶材料的密度为0.26g/cm3，比表面积为415m2/g，热导率为0.045W/(m·K)，抗压杨氏模量为180MPa。
实例4
将将甲醇、二甲基二甲氧基硅烷和氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷按照摩尔比25:2:1均匀混合后，在40℃的温度下均匀搅拌4h，得到硅溶胶体系A。将甲醇、25％氨水和去离子水按照摩尔比500:1:400均匀混合，在50℃的温度下均匀搅拌4h，得到碱性溶液B。按照A中甲醇和B中甲醇摩尔比1：3将上述碱性溶液B加入到硅溶胶体系A中，在40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置30h后加入二环己基甲烷二异氰酸酯交联剂的体积分数50％的丙酮老化液，在60℃的烘箱内静置改性24h，然后进行溶剂置换3次，每次间隔时间24h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为60℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为8L/min，干燥时间为15h，从而得到高强度、低热导率聚合物交联气凝胶材料。经过表征发现，该块状气凝胶材料的密度为0.45g/cm3，比表面积为523m2/g，热导率为0.040W/(m·K)，抗压杨氏模量为200MPa。
Claims (8)
1.一种高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将甲醇、有机硅前驱体和氨基硅烷偶联剂均匀混合后，在5～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到硅溶胶体系A；
(2)将甲醇、氨水和去离子水均匀混合，在5～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到碱性溶液B；
(3)将上述碱性溶液B加入到步骤(1)中得到的硅溶胶体系A中，在5～40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15～30h；
(4)在步骤(3)形成的凝胶中加入含有交联剂的老化液，在烘箱内静置改性，然后进行溶剂置换；
(5)将步骤(4)中得到的湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥处理，得到高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料；
其中：步骤(1)中的甲醇、有机硅前驱体和氨基硅烷偶联剂按照(5～30)：(0.33～3.0)：1的摩尔比均匀混合；甲醇、氨水和去离子水按照摩尔比(200～500)：1：(200～500)进行混合；步骤(3)中硅溶胶体系A中甲醇和碱性溶液B中甲醇按照摩尔比1：(0.33～3)进行混合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的有机硅前驱体为正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷或氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中的氨水的质量分数为5％～25％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中烘箱的温度为20～60℃，静置改性时间为24～72h；溶剂置换3～9次，每次间隔时间8～24h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中的交联剂为甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或赖氨酸二异氰酸酯中的一种或其混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的老化液中交联剂的体积分数5％～50％；老化液中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙腈或二甲醚中的一种或其混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的干燥方法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～80℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为5～10L/min，干燥时间为8～15h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110756172.1A CN113402765A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110756172.1A CN113402765A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113402765A true CN113402765A (zh) | 2021-09-17 |
Family
ID=77681209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110756172.1A Pending CN113402765A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113402765A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974519A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-04-18 | 中化学华陆新材料有限公司 | 一种耐低温柔性纳米隔热保温材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-07-05 CN CN202110756172.1A patent/CN113402765A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAODONG WU 等: ""Isocyanate-crosslinked silica aerogel monolith with low thermal conductivity and much enhanced mechanical properties: Fabrication and analysis of forming mechanisms"", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974519A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-04-18 | 中化学华陆新材料有限公司 | 一种耐低温柔性纳米隔热保温材料及其制备方法 |
| CN115974519B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-04-05 | 中化学华陆新材料有限公司 | 一种耐低温柔性纳米隔热保温材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106867019B (zh) | 一锅法制备SiO2-纤维素复合气凝胶材料的方法 | |
| CN109403022B (zh) | 具有亲水性或疏水性的气凝胶/非织物复合材料的制备方法及其产品 | |
| CN108002749B (zh) | 一种疏水高弹性甲基硅倍半氧烷气凝胶块体及其制备方法 | |
| CN101913835B (zh) | 一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法 | |
| CN101264891B (zh) | 一种高强度、低密度二氧化硅气凝胶的制备方法 | |
| CN111848205B (zh) | 一种常压干燥制备耐高温气凝胶隔热材料的方法 | |
| CN107163214B (zh) | 一种增强型交联聚氨酯弹性体及制备方法 | |
| CN115259828A (zh) | 一种冷冻干燥制备碳纤维及碳纳米管复合硅气凝胶的方法 | |
| CN109721060B (zh) | 一种防掉粉二氧化硅复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN112934128A (zh) | 一种核壳结构有机无机杂化纳米纤维气凝胶弹性体及其制备与应用 | |
| CN116393053B (zh) | 一种改性纳米SiO2气凝胶及其制备方法 | |
| CN110092939B (zh) | 聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法 | |
| CN113636824A (zh) | 一种增强型二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN113402765A (zh) | 高强度低热导率聚合物交联气凝胶材料的制备方法 | |
| CN115012208B (zh) | 一种氧化硅气凝胶毡的高效常压干燥规模化制备方法 | |
| CN114907609B (zh) | 一种超弹芳纶纳米纤维气凝胶、其制备方法及应用 | |
| CN108484952A (zh) | 一种复合隔热材料的制备方法 | |
| CN106565198B (zh) | 一种常压干燥制备柔性二氧化硅气凝胶的方法 | |
| CN101613108A (zh) | 一种二氧化硅超微粉末的制备方法 | |
| CN113860848A (zh) | 一种改性碳纤维/SiO2气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN112708277A (zh) | 一种高强度柔性聚硅氧烷气凝胶及制备方法 | |
| CN114196061A (zh) | 一种疏水性去木质素木材增强聚倍半硅氧烷复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN115432710B (zh) | 一种超低密度二氧化硅气凝胶块体的制备方法 | |
| CN115466518B (zh) | 一种有机无机原位杂化气凝胶隔热材料及其制备方法 | |
| CN115043408B (zh) | 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210917 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |