[发明专利]超低密度海藻酸钠-凹土复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及黏土深加工领域，公开了一种超低密度海藻酸钠‑凹土复合气凝胶及其制备方法，由以下质量比的组分组成：凹土：碳酸钙：海藻酸钠：葡萄糖内酯=100：1~5：3~15：1.05~5.25；以纤维型凹土作为主体材料（其质量百分率可达95%），以天然高分子聚合物海藻酸钠为辅料，采用化学交联法和乙醇改性处理，可以得到超低密度且力学性能优异的海藻酸钠‑凹土复合气凝胶。与现有技术相比，本发明工艺简单安全，过程易于控制，性价比高，可用于规模化生产，制备的海藻酸钠‑黏土复合气凝胶可应用于阻燃材料、建筑节能、石油化工、污水处理等领域。

技术领域

本发明涉及黏土深加工领域，特别涉及一种超低密度海藻酸钠-凹土复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构，并在空隙中充满气态分散介质的一种超低密度（0.1g/cm³，空气可占90%以上）的固态材料。Chen等人报道了10wt%聚乙烯醇溶液与10wt%纳米无机矿物蒙脱石浆料1:1混合，通过冷冻干燥技术制备高强度纳米孔复合气凝胶材料。(Chen H B, Wang Y Z, Schiraldi D A et al. AcsApplied Materials Interfaces, 2015, 7, 20208-20214.)。中国专利CN103113043利用增强纤维和交联剂协同固化无机微纳米粒子和有机聚合物混合溶液，来提高复合气凝胶的力学性能。中国专利CN106732214A公开了以天然高分子作为基体材料，利用刚性纳米黏土材料凹土为无机复合相并在混合溶液中加入了含疏水基团的有机硅氧烷材料，通过冷冻干燥法制得具有疏水性能且力学性能优良的复合气凝胶。Wang等报道了利用冷冻干燥技术制备天然蒙脱石、聚乙烯醇及明胶三元复合高强度气凝胶（其中气凝胶的组成含量为：PVA为5wt% ，蒙脱土为5wt% ，及明胶为1~2wt%）（Wang Y T , ZhaoH Bo , Degracia K et al.Acs Applied Materials Interfaces, 2017, 9, 42258-42265）。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种超低密度海藻酸钠-凹土复合气凝胶及其制备方法，。

技术方案：本发明提供了一种超低密度海藻酸钠-凹土复合气凝胶，由以下质量比的组分组成：凹土：碳酸钙：海藻酸钠：葡萄糖内酯=100：1~5：3~15：1.05~5.25。

本发明还提供了一种超低密度海藻酸钠-凹土复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1：将凹土以去离子水配置成2wt%凹土浆料，向凹土浆料中加入适量碳酸钙打浆分散10~30min，继续加入适量2wt%海藻酸钠溶液打浆分散10~30min得混合浆料；S2：将S1所得混合浆料缓慢注入葡萄糖内酯中凝胶12~24h得水凝胶；S3：将S2所得水凝胶转入乙醇-水混合溶剂中浸泡并在摇床上摇动3~4h得凝胶；S4：将S3所得凝胶进一步冻干处理，即得海藻酸钠-凹土复合气凝胶。

优选地，S1中碳酸钙加入量为凹土质量的1 wt%~5wt%。

优选地，S1中海藻酸钠为凹土质量的3wt%~15wt%。

优选地，S2中海藻酸钠与葡萄糖内脂的质量比为2:0.7。

优选地，S2中混合浆料以3~5ml/min速率缓慢注入葡萄糖内酯中凝胶。

优选地，S3中乙醇-水混合溶剂中乙醇的含量为15%~25%，浸泡时间为2h~3h。

优选地，S3中摇床的温度为40°,速度为120rpm/min。

优选地，S4中冻干处理时的冻干温度为-196°C，时间为5min~10min。