[发明专利]一种具有低湿度敏感性高饱和吸水量的材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有低湿度敏感性高饱和吸水量的材料及其制备方法，涉及吸水材料制备技术领域；将羟基硅氧烷和含硼化合物混合物进行反应，制得一种低湿度敏感高吸水量的材料，其中，所述羟基硅氧烷选自含有羟烷基的化合物、含有硅醇结构的化合物、含有羟烷基以及硅醇的聚合物中的任意一种；所述含硼化合物选自硼酸、硼酸酐和硼酸酯的任意一种或几种；制得的吸水材料在低湿度环境下具有良好的吸湿活性，且在相对湿度为4％的环境下，饱和吸水量大于55wt％，同时其吸附水后的饱和材料在干燥氮气下的脱水温度大于80℃，具有较高的热稳定性。

技术领域

本发明涉及吸水材料制备技术领域，特别是一种具有低湿度敏感性高饱和吸水量的材料及其制备方法。

背景技术

由于水的导电性以及化学反应活性，在电池行业、化工行业等诸多领域都需要控制环境中的湿度，以延长材料和器件的使用寿命。在化工领域中，诸多的碱金属、碱土金属以及过渡金属及其化合物都可以与水反应，其中氢化物由于反应生成氢气，而氢气具有易燃易爆的特征，因此形成了严重的安全威胁。目前广泛应用的除湿材料为具有各种结构的分子筛，商用分子筛具有较高的低湿度敏感性，可以在较低的湿度(RH～4％)下使用。但分子筛材料的饱和吸水量较低(约23wt％)，因此使用时需要定期的更换，在结构复杂的密闭环境中应用受到一定的限制。另外由于分子筛吸附与分子尺寸相关，因此在水蒸气与其他气体如CO₂共存时可能会出现非定向的吸附(商用的13X分子筛的饱和二氧化碳吸附量约为17.5wt％)，一方面造成吸附量的损失，另一方面破坏环境中的气氛组成。

现有技术中，还公开了含有Si-O-B结构的材料作为阻燃以及耐热材料(华东理工大学学报.1995，21，756[1]，(Yajima,S.Hayshi J.Okamura.K.Nature,1977,521[2])以及防水涂层材料(聚硼硅氧烷及SiO_2f/SiO₂复合材料表面防潮涂层制备与性能研究，哈尔滨工业大学硕士论文[3])以及传感自修复材料。含硼硅树脂耐热材料的制备通常采用多烷氧基硅烷与硼酸反应的方法或者二苯基硅二醇与硼酸(ACS Sensors 2016,1,10,1198-1202[4])反应的方法得到，所得材料中B-O-Si键随机的分布在材料中，值得注意的是由于产物结构的原因，所得的材料均为成分单一的结晶无机材料或者半结晶聚合物材料。由于吸水材料的吸水性和渗透以及扩散有关系，而晶体的紧密排列结构不利于水分的渗透扩散，因此材料的亲水性以及吸水性都较差，文献3中报道的防水涂层的吸水率小于5％，因此作为阻水材料使用。作为自修复的聚硼硅氧烷通常由羟基聚硅氧烷和硼酸反应得到(ACSApplied MaterialsInterfaces 2016,8,36,24071-24078[5]，ACS Applied MaterialsInterfaces 2019,11,21,19534-19540[6]，ACS Applied MaterialsInterfaces 2021,13,7,9043-9052[7])，由于聚硅氧烷憎水且分子量较高因此反应时硼酸的质量比较小，产物具有一定的水解稳定性，可作为修复材料在室温下应用，材料不具有高吸水量以及低湿敏感性的特性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有低湿度敏感性高饱和吸水量的材料及其制备方法；将羟基硅氧烷和含硼化合物(含硼化合物为硼酸、硼酸酐和硼酸酯的任意一种或几种)按照一定的质量比进行反应，制得一种低湿度敏感高吸水量的材料，该吸水材料在相对湿度为4％时具有良好的吸湿活性，且在该相对湿度下，其饱和吸水量大于55wt％，同时其吸附水后的饱和材料在干燥氮气下的脱水温度大于80℃，具有较高的热稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有低湿度敏感性高饱和吸水量的材料，该材料由羟基硅氧烷和含硼化合物反应所得；所述羟基硅氧烷和所述含硼化合物的质量比为2-60：40-98；

该反应的化学反应方程式如下：