[发明专利]一种聚合物基隔热气凝胶材料的制备方法

说明书

本发明属于气凝胶技术领域，公开了一种聚合物基隔热气凝胶材料的制备方法。本方法将氯甲基化聚砜溶解于N‑甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜中，通过氯甲基和胺类固化剂的原位复合反应来制备三维网状多孔湿凝胶，将得到的湿凝胶经老化、溶剂置换、冷冻干燥和高温后固化得到隔热气凝胶材料。本发明制得的隔热气凝胶材料具有较低的密度、导热系数和良好的隔热性能，同时改善了气凝胶掉粉、掉渣的问题，且气凝胶具有一定的柔性和抗压强度，可作为航空航天飞行器的隔热防护材料，对整体的减重增效、降低成本具有一定作用。

技术领域

本发明属于气凝胶技术领域，尤其涉及一种气凝胶隔热材料的制备方法。

背景技术

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米料，具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90％以上，且气凝胶材料内部的纳米多孔结构可以使得气凝胶具有优异的隔热隔音和吸附催化等性能，可以使得气凝胶在电池能源、工业高温窑炉和航空航天等领域具有广泛的应用前景。

目前报道的文献和专利中，人们基于不同的前驱体来制备各种气凝胶，现今常用的气凝胶隔热材料主要分为：氧化物气凝胶隔热材料(Ceramics International,2016,42(1):874-882)、炭气凝胶隔热材料(Materials Letters,2011,65(23/24):3454-3456)、碳化物气凝胶隔热材料(Journal of Sol-Gel Science and Technology,2018,86(5):383-390)和聚合物气凝胶隔热材料(Chemical Engineering Journal,2020,385:123963)。现有的聚合物气凝胶材料大多采用冰模板法制得，虽能达到相应标准，但对制备操作过程要求较高。如有文献报道以壳聚糖为前驱体，通过双向冷冻冰模法制备了一种隔热气凝胶，虽具有较低的导热率，但其冰模板在形成过程中容易因受热不均而断裂最终影响气凝胶的整体性能，成本较高且难以实现大量生产(Journal of Hazardous Materials,2021,403:123977)。因此有必要用一种过程简单、成本低廉的方法制备出性能优异的隔热材料。在此基础上，本发明提出一种制备气凝胶隔热材料的新思路，即通过氯甲基和氨基的原位复合反应来制备三维网状多孔气凝胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔热气凝胶材料及其制备方法。

本发明提供了一种由氯甲基改性的聚砜(CMPSF)作为聚合物基气凝胶前驱体，胺类固化剂作为交联剂，通过改性聚砜结构单元上的氯甲基和胺类固化剂进行交联的方式来制备气凝胶隔热材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下制备方案：

一种聚合物基隔热气凝胶材料的制备方法，步骤如下：

(1)称取不同质量的氯甲基化的聚砜(CMPSF)在搅拌下溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)中，得到质量分数为1～5wt％的CMPSF溶液，随后将其倒入模具中，随后向溶液中滴加胺类固化剂，并将得到的混合溶液置于25℃的真空烘箱中静置成胶，得到复合湿凝胶；

(2)将步骤(1)中的湿凝胶经老化、溶剂置换、冷冻干燥和高温后固化得到隔热气凝胶材料。

在本发明中，步骤(1)中氯甲基化聚砜(CMPSF)是由聚砜(PSF)的氯甲基化程度DCM优选为1.59～3.52mmol/g；氯甲基化聚砜溶液的质量分数进一步优选为2～4wt％，最佳质量分数为3wt％。胺类固化剂优选为三乙烯四胺、聚醚胺D230或聚醚胺D600。CMPSF中的氯甲基与固化剂中氨基的当量比为1：1。