[发明专利]一种泡沫骨架增强的有机气凝胶及其制备方法

说明书

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。

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。