[发明专利]新型埃洛石/聚乙烯醇复合气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型埃洛石/聚乙烯醇复合气凝胶及其制备方法和应用，用去离子水作为溶剂，硼砂溶液作为交联剂，采用环境友好的冷冻干燥制备方法，结果表明当PVOH：HNTs为3:7时，带有独特三维纳米多孔网络结构的复合气凝胶被获得，其中HNTs作为结构骨架的支撑部分。聚乙烯醇分子牢牢地粘附在纤维状HNTs的外表面。随着HNTs含量增加和PVOH含量降低，密度先下降到0.16cm³/g后增加，导热系数正好相反，变化范围在0.025和0.032Wm^‑1K^‑1之间。获得了压缩强度从0.8到2.5兆帕的气凝胶样品。这些具有代表性的特性表明，HNTs/PVOH复合气凝胶在建筑保温领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及气凝胶技术领域，特别是涉及新型埃洛石/聚乙烯醇复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶是一种具有纳米结构的多孔材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率等特点，这是它成为诸多领域的优良候选人。然而，常见的传统气凝胶材料，例如二氧化硅气凝胶具有自身强度低、成块性差、制备流程复杂、制备周期较长、存在溶剂污染等缺陷，无法满足气凝胶材料在实际应用，尤其是建筑保温领域的要求。因此，寻找一种新型气凝胶使用一种低成本、无污染原料和简单的、环境友好的制备方法是十分紧要的。自从Mackenzie和Call首次报道了用冷冻干燥法制备蒙脱石粘土气凝胶，粘土气凝胶引起越来越多研究者的关注，由于其优良的隔热、吸附性能以及环境友好的冷冻干燥制备方法。粘土气凝胶的天然原材料和相对简单、无污染的制备方法使其相比二氧化硅气凝胶在实际应用中具有更大的优势。目前绝大多数粘土气凝胶的粘土成分为蒙脱土，然而蒙脱土为微米级的片状粘土，蒙脱土的前期处理和插层改性会使粘土气凝胶及其聚合物复合气凝胶的制备过程变得复杂，成本有所提高。除此之外，蒙脱土自身的微米级尺寸决定了其粘土气凝胶很难形成纳米级的多孔结构，这将会使气凝胶材料独特的隔热性能大大丧失。

埃洛石是一种天然的纤维状粘土，具有纳米级的管状结构，由交替的硅氧四面体片和铝氧八面体以1:1的化学计量比构成。它的长度大概0.2-1.5μm,外直径大概50nm。根据此前的报道，HNTs被评价为聚合物一维(1D)纳米填料。值得一提的是,由于埃洛石之间的弱交联性，它是不可能通过溶胶凝胶方式单独形成具有三维多孔结构的气凝胶材料。因此，需要引入聚合物作为HNTs之间的交联相共同构建三维多孔的网络结构。聚乙烯醇是一种构建气凝胶多孔结构的理想材料，由于其低成本、水溶性和与粘土之间的强相互作用，在先前的报道中，聚乙烯醇便经常用于合成聚乙烯醇/蒙脱土复合气凝胶。与此同时，用于交联聚乙烯醇的交联剂被用于在较少气凝胶中聚合物含量的同时增加溶液黏度和保持机械性能，得到高孔隙率、高强度、低可燃性的复合气凝胶。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种新型埃洛石(HNTs)/聚乙烯醇(PVOH)复合气凝胶及其制备方法和应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的一种新型埃洛石/聚乙烯醇复合气凝胶，所述聚乙烯醇的分子量为80000-90000，所述复合气凝胶的密度为0.04-0.17g/cm³，导热率为0.02-0.04W m^-1K^-1，压缩模量为4.2-8.7MPa；

按照以下方法制备：

步骤1，将聚乙烯醇固体溶解于去离子水中，在70-90℃水浴条件下磁力搅拌4-6h，随后超声处理3-10min，制备聚乙烯醇溶液；

步骤2，将埃洛石混入去离子水中，用超声乳化机超声5-15min，制备HNTs悬浊液；