一种有机气凝胶-纤维复合材料及其制备方法
【专利说明】一种有机气凝胶-纤维复合材料及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种有机气凝胶-纤维复合材料及其制备方法，属于有机气凝胶技术领域。
【背景技术】
[0003]气凝胶是目前已知的最轻的固体材料，具有连续的三维网络结构，根据其成分可以分为:无机气凝胶、有机气凝胶和碳气凝胶。同时气凝胶是公认的一种新型的轻质纳米多孔非晶固态材料。气凝胶独特的纳米结构使其在力学、光学、声学、热学等方面的应用有明显的优势，例如其具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低折射率、低热导率、低声阻抗、低弹性模量、强吸附性能等特性。目前对气凝胶的研究主要集中在热学、电子、吸附等领域，研究最多的是无机气凝胶中的二氧化硅气凝胶，研究最多的有机气凝胶是间苯二酚-甲醛气凝胶。就目前对气凝胶的研究方向主要集中在气凝胶的制备工艺上，而对气凝胶复合材料的研究较少，且制备工艺复杂，成本较高。
[0004]申请号96196880.X提供了一种含有纤维的气凝胶复合材料的制备方法，制备工艺中需要用到一种粘结剂(聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇)，粘合时需加压加热，且工艺中原料的混合需在高温高压下压制混合，制备工艺复杂，条件要求苟1刻，成本较高；申请号201510330499.7采用离子液体加热搅拌后，冷冻干燥的方法成功制备出可应用于隔音隔热领域的再生纤维素-气凝胶复合材料，得到的气凝胶复合材料的孔隙率为12?23%，但是其制备工艺中的加热搅拌阶段搅拌时间过长(2-4h)，冷冻干燥需反复进行，制备工艺复杂，成本高；申请号201510458672.1用聚脲气凝胶成功制成了不同形状的隔音耳塞，取得了较好的隔音效果，但是只是采用单纯的聚脲气凝胶制成；申请号201510710928.3将聚脲气凝胶与其他建筑材料复合制成了一种隔音保温建筑材料，但是只是将聚脲气凝胶的隔音保温特性应用到了建筑材料上。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种有机气凝胶-纤维复合材料及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，将有机固化剂、有机溶剂、催化剂和水混合，充分搅拌均匀得混合溶液;将混合溶液喷涂到纤维基材上，得到有机气凝胶-纤维复合材料。
[0007]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，所述有机固化剂(g)、有机溶剂(mL)、催化剂(yL)和水(yL)的单位份量比为1:2:40:20-1:10:15:60ο
[0008]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，所述有机固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、环氧树脂、乙烯基酰胺、氰酸酯、叔胺或丙烯酸酯中的一种或几种。
[0009]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、异丙醇或DMF中的一种或几种。
[0010]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，所述催化剂为聚氨酯、三乙胺或DMSO中的一种或几种。
[0011]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，所述纤维基材为玻璃纤维、木质纤维、尼龙或PP纤维。
[0012]所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，喷涂采用毛刷或塑料喷壶，或采用直接浸泡的方法。
[0013]所述的制备方法制备得到的一种有机气凝胶-纤维复合材料。
[0014]本发明的有益效果:
本发明的制备方法简单、成本较低，采用纤维材料作为基材，采用喷涂、浸泡、刷涂等方式是有机气凝胶与纤维基材稳定的结合在一起，且有机气凝胶在纤维基材上有一定的厚度;制备得到的有机气凝胶-纤维复合材料具有很好的隔音保温功能。
[0015]制备得到的有机气凝胶-纤维复合材料相关参数如下:
纳米纤维平均直径:20nm至200 nm；
比表面积大，lm2/g-200 m2/g;
密度低，质量轻，5 kg/m3- 400 kg/m3；
孔隙率:60-99.9%。
【附图说明】
[0016]图1是有机气凝胶-纤维复合材料的电子显微镜SEM图。
[0017]图2是有机气凝胶-纤维复合材料的光学显微镜图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0019]实施例1
一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，将有机固化剂六亚甲基二异氰酸酯三聚体12g、有机溶剂丙酮96 mL、水0.4 mL和催化剂聚氨酯0.03 mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，直接用喷雾式喷壶喷涂到PP纤维上。喷涂完成后，待室温反应3小时后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为50nm，纳米纤维平均直径为lOOnm，比表面积为100m2/g，密度为8kg/m3，孔隙率为90%。
[0020]图1是有机气凝胶-纤维复合材料的电子显微镜SEM图。如图所示，有机气凝胶-纤维复合材料为纳米纤维状的多孔纳米材料。
[0021]图2是有机气凝胶-纤维复合材料的光学显微镜图。如图所示，可以看到有机气凝胶与纤维基材很好的结合在一起，气凝胶大多以纤维结构呈现，且沿基材纤维分布。
[0022]实施例2
将有机固化剂环氧树脂8g、有机溶剂乙腈16mL、水0.16 mL、催化剂三乙胺0.32mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，用毛刷刷到尼龙纤维上。刷完后，待室温反应5小时后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为70 nm，纳米纤维平均直径为140nm，比表面积为120m2/g，密度为6kg/m3，孔隙率为95%。
[0023]实施例3
将有机固化剂氰酸酯16g、有机溶剂无水乙醇120mL、水0.72 mL、催化剂DMSO 0.18mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，直接将木质纤维浸泡在所得溶液中，浸泡反应I天后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为45 nm，纳米纤维平均直径为70nm，比表面积为80m2/g，密度为10kg/m3，孔隙率为80%。
[0024]实施例4
将有机固化剂叔胺16g、有机溶剂异丙醇96mL、水0.32 mL、催化剂三乙胺0.24 mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，直接将木质纤维浸泡在所得溶液中，浸泡反应I天后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为45 nm，纳米纤维平均直径为70nm，比表面积为80m2/g，密度为10kg/m3，孔隙率为85%。
[0025]实施例5
将有机固化剂丙烯酸酯12g、有机溶剂DMF 70mL、水0.24mL、催化剂三乙胺0.18mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，直接将木质纤维浸泡在所得溶液中，浸泡反应I天后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为45 nm，纳米纤维平均直径为70nm，比表面积为100m2/g，密度为10kg/m3，孔隙率为85%。
[0026]实施例6
将有机固化剂乙烯基酰胺12g、有机溶剂异丙醇120mL、水0.72 mL、催化剂三乙胺
0.18mL充分搅拌混合均匀，获得密度范围为I kg/m3- 40 kg/m3的有机纳米气凝胶溶液，直接将木质纤维浸泡在所得溶液中，浸泡反应I天后，自然风干即可。获得的多孔纳米材料的平均孔径为45 nm，纳米纤维平均直径为50nm，比表面积为100m2/g，密度为10kg/m3，孔隙率为 95%。
[0027]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，将有机固化剂、有机溶剂、催化剂和水混合，充分搅拌均匀得混合溶液;将混合溶液喷涂到纤维基材上，得到有机气凝胶-纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机固化剂(g)、有机溶剂(mL)、催化剂(yL)和水(yL)的单位份量比为1:2:40: 20?1:10:15:60。3.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、环氧树脂、乙烯基酰胺、氰酸酯、叔胺或丙烯酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、异丙醇或DMF中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为聚氨酯、三乙胺或DMSO中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维基材为玻璃纤维、木质纤维、尼龙或PP纤维。7.根据权利要求1所述的一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法，其特征在于，喷涂采用毛刷或塑料喷壶，或采用直接浸泡的方法。8.—种有机气凝胶-纤维复合材料，由以上1-7任一权利要求所述的制备方法制备得到。
【专利摘要】本发明公开了一种有机气凝胶-纤维复合材料的制备方法。将有机固化剂、有机溶剂、催化剂和水混合，充分搅拌均匀得混合溶液；将混合溶液喷涂到纤维基材上，得到有机气凝胶-纤维复合材料。本发明的制备方法简单、成本较低，采用纤维材料作为基材，采用喷涂、浸泡、刷涂等方式是有机气凝胶与纤维基材稳定的结合在一起，且有机气凝胶在纤维基材上有一定的厚度；制备得到的有机气凝胶-纤维复合材料具有很好的隔音保温功能。
【IPC分类】D06M101/34, D06M13/364, D06M101/20, D06M15/55, D06M13/224, D06M13/325, D06M101/04, D06M13/41, D06M13/395
【公开号】CN105586770
【申请号】CN201610120440
【发明人】孙伟, 唐皓, 朱春蓉
【申请人】张家港万众一芯生物科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月3日