[发明专利]一种聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜及其制备方法，先将聚酯纳米纤维膜浸渍于硅醇溶液中，在聚酯纳米纤维膜内部和表面进行原位缩聚反应形成二氧化硅凝胶；再置于三甲基氯硅烷/乙醇/正己烷的混合溶液中进行疏水化改性；最后经过溶剂置换和常压干燥得到聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜；所述复合气凝胶膜是由三维聚酯纳米纤维网络与无机二氧化硅气凝胶结合形成的互穿的有机‑无机双网络结构。本发明原位生长的二氧化硅气凝胶紧密地结合在聚酯纳米纤维表面，作为无机保护层，可有效抑制高温环境中聚酯纳米纤维结构失稳的问题，拓宽聚酯纳米纤维膜的应用温度。

技术领域

本发明属于气凝胶膜技术领域，涉及一种聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜及其制备方法，特别是涉及一种高温结构稳定、隔热的聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜及其制备方法。

背景技术

聚酯是以多元酸和多元醇为合成单体，经催化酯化、真空缩聚反应而形成的一类高分子材料，具有高模量、高强度、高弹性、保形性好等优点，在化学纤维、薄膜等领域有着广泛的应用。

通过静电纺丝技术制备的聚酯纳米纤维膜，因纳米纤维比表面积大、长径比高、并且与其他物质的相互渗透作用强，得到的纳米纤维膜材料同样具有孔隙度高、柔韧性好、吸附性强等优点，在当今纺织工业中具有不可替代的重要地位。但是，聚酯纳米纤维膜存在着高导热系数以及在高温环境中熔融分解的问题，特别是在高于熔融温度环境中分子链软化，导致聚酯材料结构失稳，参考文献1(Journal of Applied Polymer Science 2005,96,(6),2247-2252.)和文献2(Colloids and Surfaces A:Physicochemical andEngineering Aspects 2021,609,125686.)。因此，限制了其在防火服等保温隔热领域的应用。

气凝胶作为一种具有微纳三维多孔结构的新兴材料，因具有高孔隙率、低密度、低热导等特性已被广泛应用于航空航天等领域。其中无机二氧化硅气凝胶是一种由二氧化硅胶体粒子相互交联构成的具有空间网络结构的轻质纳米多孔非晶固体材料，相比于有机聚合物气凝胶具有优异的耐温性以及低热导。因此，将二氧化硅气凝胶与纤维等材料复合可以有效提高高分子纤维材料的隔热性能。如：CN113277832A公布了一种PVDF/二氧化硅气凝胶膜材的制备方法，将PVDF和二氧化硅气凝胶配制成纺丝前驱体溶液，通过两组针头，采用静电纺丝技术，制备出PVDF纤维/二氧化硅气凝胶无纺膜材，再通过热压，形成PVDF/二氧化硅气凝胶膜材。CN112410922A公布了一种含气凝胶聚酯纤维的制备方法，将一种含气凝胶聚酯纤维的制备方法，是将气凝胶微球与聚酯纤维粉末混合均匀后，高温熔融制备含有气凝胶微球的聚酯纤维母粒，再通过纺丝技术制备含有气凝胶的聚酯纤维。但是，以上的双组分静电纺丝或共混制备母粒进行纺丝的方法制备的气凝胶复合膜材料，均存在以下的不足：聚合物和二氧化硅气凝胶是以海岛结构的形式存在，二氧化硅气凝胶为岛相分布在聚合物基材中，虽然可以提高材料的隔热性能，而无机二氧化硅气凝胶只是以岛相的形式孤立存在，未形成连续的骨架结构，因此，在高温环境中聚合物发生熔融、降解时，二氧化硅气凝胶也无法起到结构支撑作用，导致整体材料结构崩塌。

因此，目前现有的技术仍然无法解决聚酯材料在高温环境中结构失稳无法使用的问题，限制了其应用和发展。

发明内容

为了解决现有聚酯纳米纤维膜在高温环境中结构失稳无法使用的问题，本发明提供了一种聚酯纳米纤维/二氧化硅复合气凝胶膜及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：