一种复合气凝胶及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合气凝胶，由含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺或含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮经水解缩合反应制备得到，平均孔径<70nm，密度<0.4g/cm3，比表面积>200m2/g。本发明还公开了所述复合气凝胶的制备方法，将原料与N,N′-二甲基甲酰胺或N,N′-二甲基乙酰胺混合，再加入水和催化剂，得到反应液，混合均匀后注模、静置得到湿凝胶；再经超临界CO2干燥或冷冻干燥得到复合气凝胶；原料为含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺或含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮。本方法制备的复合气凝胶具有开放和相互连通的纳米级多孔结构、连续的三维骨架网络及低密度、高比表面积，与普通的SiO2气凝胶相比，具有优异的机械强度。
【专利说明】一种复合气凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气凝胶的制备领域，具体涉及一种复合气凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子构成的多孔固态材料，其开放和相互连通的纳米级多孔结构、连续的三维骨架网络、低密度和高比表面积的特性使其在隔热材料、隔音材料、催化剂载体、吸附剂、超级储能器件、集成电路、药物缓释材料和宇宙尘埃搜集器等诸多领域都有着广泛的应用前景。
[0003]综合已有的专利和文献技术，气凝胶的制备主要包括湿凝胶的形成和湿凝胶中溶剂的去除两个过程。其中，湿凝胶的形成是由小分子或者高分子通过化学反应或者物理作用在溶剂中形成交联网络的过程，这种交联网络构成气凝胶的骨架结构；湿凝胶中溶剂的去除是用空气替代湿凝胶中的溶剂，在此过程中应最大程度地保持湿凝胶的骨架结构和体积。
[0004]S12气凝胶是目前研究最多，也是主要商品化的气凝胶材料。但S12气凝胶的骨架是由直径为5~1nm的次级粒子组 成，由于相邻次级粒子连接部位的面积小，在外力作用下很容易断裂，使得S12气凝胶的机械强度非常差。
[0005]如Deng Z.S 等人(Deng Z.S.；ffang J.；ffu A.M.；et al., High strengthSi02aerogel insulat1n [J].J.Non-Cryst.Solids, 1998, 225 (I): 101-104.)制备得到了密度为0.112g/cm3的S12气凝胶，但其碎裂时的压缩强度只有0.018MPa，从而极大地限制了
其广泛使用。
[0006]在S12气凝胶的增强方面，常见的措施有:
[0007]1、改进制备工艺以增强其骨架结构，但工艺改性对S12气凝胶的增强有限；
[0008]2、在S12气凝胶上引入活性有机基团然后采用多官能团的有机小分子或聚合物交联，但引入有机小分子或聚合物的过程普遍比较繁琐；
[0009]3、采用纤维增强，在纤维增强方面，美国ASPEN公司将纤维毡与S12气凝胶复合实现了纤维增强S12气凝胶材料的产业化。但由于S12气凝胶和纤维之间并未形成有效的共价键，因此S12气凝胶本身的质脆易碎性未能从根本上得到解决，以致使用起来会产生粉尘和碎屑。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种复合气凝胶及其制备方法，制备得到的复合气凝胶不仅具有开放和相互连通的纳米级多孔结构、连续的三维骨架网络、低密度、高比表面积的特性，且具有优异的机械强度。
[0011]本发明公开了一种复合气凝胶，所述的复合气凝胶是由含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺或含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮经水解缩合反应制备得到。
[0012]本发明利用聚酰亚胺和聚芳醚酮优异的机械性能，将烷氧基硅烷以侧基的形式引入聚酰亚胺或聚芳醚酮分子链中，通过烷氧基硅烷侧基的水解和相互缩合得到具有化学交联网络结构的湿凝胶，再将溶剂去除得到复合气凝胶。
[0013]本发明采用的含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺具有如下所示的结构式:
【权利要求】
1.一种复合气凝胶，其特征在于，所述的复合气凝胶是由含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺或含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮经水解缩合反应制备得到。
2.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺具有如下所示的结构式:
3.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述的含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮具有如下所示的结构式:
4.根据权利要求1所述的复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶的平均孔径<70nm,密度〈0.4g/cm3,比表面积 >200m2/g。
5.—种根据权利要求1~4任一权利要求所述的复合气凝胶的制备方法,其特征在于，制备步骤如下:将原料与N，N' -二甲基甲酰胺或N，N' -二甲基乙酰胺混合，再加入水和催化剂，得到反应液，混合均匀后，经注模、静置1~10h得到湿凝胶；再经超临界CO2干燥或冷冻干燥，得到所述的复合气凝胶； 所述的原料为含烷氧基硅烷侧基的聚酰亚胺或含烷氧基硅烷侧基的聚芳醚酮。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为酸催化剂或碱催化剂；酸催化剂选自盐酸、硝酸、氢氟酸、氢溴酸中的一种或多种；碱催化剂选自氨水、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、1，3-丙二胺、四甲基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵中的一种或多种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂在反应液中的浓度为 10 6 ~10 -1mol/L。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的水与原料中烷氧基硅烷侧基的摩尔比为1~10:1。
【文档编号】C08G73/10GK104031386SQ201410226672
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】裴学良, 郑文革, 翟文涛 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所