本发明涉及气凝胶材料技术领域，尤其涉及一种气凝胶材料及其制备方法。
背景技术：
聚合物/黏土气凝胶是最近发展出的一种新型材料。该材料具有层状或网状的空间结构，孔隙率高、密度低、导热系数低等特点，在隔热保温、包装防护、吸附材料等领域有广阔的应用前景。
聚合物/黏土气凝胶的制备主要是通过冷冻干燥的方式对聚合物/黏土胶体进行处理，获得气凝胶材料。由于采用的聚合物主要为水溶性聚合物，因此所得聚合物耐水性很差，材料在空气中极易吸水，导致导热系数急剧下降，而且遇水则溶解，严重制约其应用。
聚合物/黏土气凝胶的力学性能在某些领域的应用时不够理想，需要对其进行改性处理。通过物理的共混纤维的方式对气凝胶的力学性能有一定程度的提高，但效果并不显著。通过化学交联的方法可使得气凝胶的力学性能有效提高，比如陈chenetal.等人介绍的在碱性环境添加二乙烯砜的方法可使得聚乙烯醇交联，使得气凝胶力学性能比未交联时有数量级的提高(polymer,2012,53,5825-5831)；cn103599734提到的辐射交联的方法，同样可以显著提高气凝胶的力学性能，但要求聚合物是可以辐射交联的聚合物。化学交联虽然可以有效提高材料力学性能，但需要在溶液环境先反应生成凝胶，再进行冷冻。在冷冻的时候，冰晶将会对凝胶网络结构造成破坏，导致材料中产生应力，冻干后发生收缩等尺寸变化的现象。
技术实现要素：
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是针对气凝胶原材料合成及改性需求提供一种气凝胶材料及其制备方法，通过选用含双键的聚合物，赋予材料优异的耐水性能和力学性能，同时赋予材料良好的尺寸和形貌稳定性。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气凝胶材料，通过将聚合物乳液与黏土混合均匀，冷冻干燥后交联而成。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料以聚合物含量为100份计，黏土的含量为10份～500份。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述黏土包括蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石其中一种或几种；采用蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石类的纳米材料，其具有价格便宜易得，所制备的气凝胶材料力学性能优异的特点。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述聚合物乳液为含双键的聚合物乳液；双键的聚合物乳液可在冻干后加热或辐照下发生交联，不对气凝胶结构产生负面影响，避免此前报道中提到的冷冻前交联从而导致冻干后材料发生收缩的现象。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述含双键的聚合物乳液包括聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液其中一种或几种；此类聚合物乳液是建筑行业大规模使用的材料，具有价格便宜，易于大规模工业生产的特性。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述交联采用加热交联或辐照交联；含双键的聚合物乳液加热或辐照交联无需额外添加化学交联剂，在工业生产中可大大节约时间成本和经济成本。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料的密度为0.05～0.5g/cm3。
一种气凝胶材料的制备方法，用于制备所述的气凝胶材料，该方法包括以下步骤：
(1)、按比例将聚合物乳液与黏土混合均匀；
(2)、将(1)中所得进行冷冻干燥；
(3)、将(2)中所得进行加热交联或辐照交联，即得。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料的制备方法，特别采用下述设置方式：所述黏土包括蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石其中一种或几种。
进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料的制备方法，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料以聚合物含量为100份计，黏土的含量为10份～500份；所述聚合物乳液包括下述含双键的聚合物乳液其中一种或几种：聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液。
本发明通过选用非必须使用辐照交联方式进行交联的材料制备得到气凝胶材料，主要采用冷冻干燥法将混合均匀后的聚合物乳液及黏土冷冻成冰，然后采集加热交联或辐照交联得到气凝胶材料。因此，对于该领域的技术人员，在进行冷冻干燥法的实施过程中，可根据现有技术确定冷冻干燥过程中各项参数，包括冷冻温度、聚合物浓度等对材料改性手法，对冷冻干燥后的材料形貌、密度形成影响。
为了最好的达到本发明低密度的特性，本发明成品密度控制在0.05～0.5g/cm3，使得本发明具有轻质特性，并且在优选实施例中，0.05g/cm3密度实施例成品的压缩模量能达到0.6mpa，且导热系数仅为0.028w/mk。
注意的是，针对材料改性添加表面活性剂、阻燃剂、增强纤维等改性试剂和材料，对材料形貌、密度、孔径进行改造，在符合本发明内容宗旨的前提下，都属于本发明的保护范围。
除了实施例中的或另外明确说明的，应当认为说明书和权利要求书中使用的重量份数数值在所有情况下均可按照术语“约”进行变化。因此，除非有相反的说明，否则权利要求书和以下的说明书中所列出的数值参数均为近似值，可以按照本发明想要获得的性能而变化。起码，而不是为了限制相当于权利要求范围的这一原则的实施，每个数值参数至少应当按照有效数字来解释并运用普通的舍入法。
尽管列出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中列出的数值记录得尽可能准确。但是，任何一个数值本来就具有一定的误差。该误差是其相应的测量方法中得出的标准偏差的必然结果。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
1、通过选用含双键的聚合物乳液，使获得的气凝胶材料与现有气凝胶相比具有优异的耐水性能及力学性能，同时产品的尺寸及形貌稳定性佳；
2、工艺操作简单，成本低，易加工，易于推广。
上述技术方案中的另一个技术方案具有如下有益效果：
1、通过选用含双键聚合物乳液，使获得的气凝胶材料具有优异的耐水性能及力学性能，同时产品的尺寸及形貌稳定性佳；
2、材料交联过程仅需加热或辐照，条件温和；
3、工艺操作简单，成本低，易加工，易于推广；并且加热交联比辐照交联更加安全、有效、能耗低，无需昂贵设备易实现。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种气凝胶材料，通过将聚合物乳液与黏土混合均匀，冷冻干燥后交联而成。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料以聚合物含量为100份计，黏土的含量为10份～500份。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述黏土包括蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石中的一种或几种；采用蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石类的纳米材料，其具有价格便宜易得，所制备的气凝胶材料力学性能优异的特点。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述聚合物乳液为含双键的聚合物乳液；双键的聚合物乳液可在冻干后加热或辐照下发生交联，不对气凝胶结构产生负面影响，避免此前报道中提到的冷冻前交联从而导致冻干后材料发生收缩的现象。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述含双键的聚合物乳液包括聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液中的一种或几种；此类聚合物乳液是建筑行业大规模使用的材料，具有价格便宜，易于大规模工业生产的特性。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述交联采用加热交联或辐照交联；含双键的聚合物乳液加热或辐照交联无需额外添加化学交联剂，在工业生产中可大大节约时间成本和经济成本。
实施例7：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料的密度为0.05～0.5g/cm3。
实施例8：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，一种气凝胶材料的制备方法，用于制备所述的气凝胶材料，该方法包括以下步骤：
(1)、按比例将聚合物乳液与黏土混合均匀；
(2)、将(1)中所得进行冷冻干燥；
(3)、将(2)中所得进行加热交联或辐照交联，即得。
实施例9：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料的制备方法，特别采用下述设置方式：所述黏土包括蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石其中一种或几种。
实施例10：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明所述气凝胶材料的制备方法，特别采用下述设置方式：所述气凝胶材料以聚合物含量为100份计，黏土的含量为10份～500份；所述聚合物乳液包括下述含双键的聚合物乳液中的一种或几种：聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液。
实施例11：
先将2g蒙脱土加入100ml聚丙烯酸酯乳液(3wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，100℃加热交联。
实施例12：
先将20g累脱石和20g高岭土加入100ml苯丙乳液(4wt％)和纯丙乳液(4wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，30kgy辐照交联。
实施例13：
先将2g水滑石、2g硅藻土和6g羟基磷灰石加入100ml硅丙乳液(10wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，80℃加热交联。
实施例14：
先将2g蛭石和3g海泡石加入100ml纯丙乳液(5wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，110℃加热交联。
实施例15：
先将2g羟基磷灰石加入100ml苯丙乳液(20wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，10kgy辐照交联。
实施例16：
先将10g累脱石加入100ml聚丙烯酸酯乳液(10wt％)和硅丙乳液(20wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，50kgy辐照交联。
实施例17：
先将7g水滑石加入100ml硅丙乳液(3wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，20kgy辐照交联。
实施例18：
先将10g海泡石、15g羟基磷灰石加入100ml硅丙乳液(10wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，120℃加热交联。
实施例19：
先将10g硅藻土和13g羟基磷灰石加入100ml聚丙烯酸酯乳液(10wt％)和苯丙乳液(10wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，90℃加热交联。
实施例20：
先将4g蒙脱土加入100ml纯丙乳液(10wt％)中，高速搅拌至均匀胶体，将所获得胶体在-196℃快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，40kgy辐照交联。
上述实施例11～20所制得的气凝胶材料性能见下表。值得说明的是，上述各实施例性能中，密度由材料的质量除以体积计算得到，压缩模量由instron5565万能材料试验机测试，导热系数按照gb/t10801.1-2002测得，氧指数按照iso4589-1984测得
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。