[发明专利]一种阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶及其制备方法

说明书

一种阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶及其制备方法，涉及复合气凝胶及其制备领域。首先通过水热法合成羟基磷灰石纳米棒并分散在去离子水中以制备羟基磷灰石分散液，再用氢氧化钠/尿素水溶液作溶剂，并采用环氧氯丙烷作为交联剂制备微晶纤维素溶液，最后通过溶液共混法结合真空冷冻干燥制成具有蜂窝状结构、由直径为1‑100nm，长度为10‑300nm的羟基磷灰石纳米棒均匀分散在微晶纤维素基体中组成的阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶。所制备的复合气凝胶阻燃效果和抑制烟气释放效果明显，显著提高了气凝胶的火灾安全性，而且所采用的微晶纤维素和羟基磷灰石原料具有优异的生物相容性和环境友好性。

技术领域

本发明涉及复合气凝胶及其制备领域，具体是涉及一种利用羟基磷灰石来获得具有优良阻燃和抑烟性能的微晶纤维素/羟基磷灰石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聚合物分子相互聚集而构成的纳米多孔网络结构，并在纳米孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态纳米材料。气凝胶具有的低密度、高比表面积和高孔隙率等特性赋予其优良的隔热、保温、阻声、吸附等性能，使其在力学、热学、光学、电磁学和电化学等领域占有举足轻重的地位。气凝胶根据其成分可以分为无机气凝胶、有机气凝胶和无机/有机复合气凝胶。无机气凝胶如二氧化硅气凝因其优异的绝热和不可燃等性能等而引人注目，但是其力学性能特别是压缩性能远远低于其理论值，虽然其制备技术较为成熟，但其制备方法复杂，一直是工业化生产的难题。有机气凝胶具有良好的力学性能、柔韧性能和低热导率等特点，但存在热稳定性较差的缺点，造成其使用温度具有一定的局限性。无机/有机复合气凝胶结合了无机气凝胶和有机气凝胶的优点，在高技术领域如航天器、航天服、军用帐篷等方面具有非常广阔的应用前景。

纤维素是一种来源广泛的天然生物高分子，具有优异的生物友好性、可生物降解性以及力学强度等优点。纤维素气凝胶材料被视为独立于无机气凝胶材料和有机聚合物气凝胶材料之外的第三代气凝胶材料，具有传统气凝胶材料无法比拟的生物性优势和高的力学强度。随着全球能源危机的加剧，发展纤维素气凝胶有助于实现绿色环保和节能降耗，促进可持续发展。微晶纤维素是一种纯净的纤维素解聚产物，具有独特的流动性和吸水性等特点，是一种极具应用前景的天然高分子功能材料。但是微晶纤维素遇火极易燃烧，由此造成的火灾事故会给人类生命财产造成威胁，极大地限制了其在生活、工业等领域的使用。向纤维素基体中添加磷-氮类阻燃剂、卤素阻燃剂、聚硅酸盐类阻燃剂和磷类阻燃剂(中国发明专利申请201611166003.8)是提高纤维素阻燃性能的重要途径之一，但依然存在容易产生二次环境污染等问题。因此，采用环境友好型无卤、低烟、高效的阻燃剂对微晶纤维素气凝胶进行阻燃处理，提高其火灾安全性，已成为该领域的研究热点。

羟基磷灰石是磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料，属于生物相容性材料范畴，具有与人体骨组织无机成分磷灰石极为相似的化学组成和结构，被广泛用于骨组织修复和填充材料。此外，羟基磷灰石也被用作阻燃原料以提高材料的阻燃性能。中国发明专利申请201610390184.6提供了一种以羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料为原料复合得到的阻燃阻尼涂料，该涂料具有阻燃、力学增强、减震和降噪等效果，在飞机和轨道列车等多个领域具有良好的应用前景。

迄今为止，在国内外用羟基磷灰石和微晶纤维素制备复合气凝胶的研究未见公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用羟基磷灰石纳米棒为原料制备的具有良好生物相容性、环境友好和阻燃性能优良的微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶。同时，本发明还提供了该复合气凝胶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶，具有蜂窝状结构，由直径为1-100nm，长度为10-300nm的羟基磷灰石纳米棒均匀分散在微晶纤维素基体中组成。

一种阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶的方法，步骤如下：

1)、羟基磷灰石分散液的制备：