一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于化工材料领域，涉及一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法与应用，该方法包括以下步骤：1)有机硅气凝胶溶胶水解液的配置，所述的有机硅气凝胶溶胶水解液包括硅源前驱体、溶剂、水解催化剂、酸性催化剂和表面活性剂；2)有机硅气凝胶溶剂的缩聚；所述的溶液包括有机硅气凝胶溶胶、碱性催化剂；3)生物质纤维复合气凝胶的成型；4)复合成型后生物质纤维复合气凝胶的老化与溶剂置换；5)老化后生物质纤维复合气凝胶的干燥。本发明专利技术制备的生物质纤维复合气凝胶具有优良的隔热性能，可调节范围宽，抗老化，疏水性强，具有良好的柔性，耐折，可裁剪易加工，可满足不同的环境和用途的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于化工材料领域，具体涉及一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。气凝胶是一种结构可控的非晶态纳米材料，其孔隙率可达80％-99.8％，孔尺寸约2-100nm，比表面积为200-2000m2/g，密度3-500kg/m3，常温常压下热导率小于0.013W/mK，是目前密度最小，热导率最低的固体材料。但专利技术人发现：目前，气凝胶产品的主要的问题是：制备工艺复杂，制备周期长，溶剂消耗量大，同时制备的气凝胶产品脆性大，力学性能差，可加工性差。生物质是世界上来源最丰富的可再生资源。含有20％以上的生物质才材料的纤维可以称为生物质纤维。生物质纤维主要分为：生物质原生纤维、生物质再生纤维、生物质合成纤维。随着材料科学的进步，生物质纤维对常规化学纤维已经存在替代的可能性。同时生物质纤维来源广泛，原料可再生，生产过程污染低，环境友好，符合绿色环保的时代潮流且生物质纤维的性能与常规纤维区别不大。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供了一种生物质纤维复合有机硅气凝胶的制备工艺，以解决气凝胶产品易碎，力学性能差、可加工性差的问题。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面，提供了一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，所述复合材料为纳米多孔结构，包括：有机硅气凝胶，和掺杂在所述有机硅气凝胶中的生物质纤维。本专利技术研究发现：生物质纤维毡复合有机硅气凝胶可以有效的解决其产品易碎，力学性能差、可加工性差的问题，对其工业化具有十分重要的意义。本专利技术的第二个方面，提供了一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料的制备方法，包括：将有机硅源前驱体、酸性催化剂、表面活性剂及溶剂混合均匀并水解，形成有机硅气凝胶的溶胶，在碱性催化剂存在的条件下缩聚；在模具中铺设生物质纤维，注入所述有机硅气凝胶的溶胶，静置，形成生物质纤维复合有机硅气凝胶的湿凝胶材料；将所述生物质纤维复合有机硅气凝胶的湿凝胶材料老化、置换、超临界干燥，得到生物质原生纤维复合有机硅气凝胶复合材料。本专利技术的上述方法制备简单、工艺可控，制备的有机硅气凝胶复合材料的比表面积达57.568-535.3m2/g，孔体积0.15-0.70cm3/g，密度0.10-0.46g/cm3。本专利技术的第三个方面，提供了任一上述的生物质原生纤维复合有机硅气凝胶复合材料在制备绝热材料、热电池、航空航天材料、降音降噪材料中的应用。本专利技术的有益效果在于：(1)由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有的技术相比，本专利技术的产品具有良好的可折叠性，具有可裁剪的加工性，克服现有气凝胶材料易碎，成形性差的缺点。本技术所制备的有机硅气凝胶复合材料可经对折-展开循环操作10次不发生折断与开裂；所制备的有机硅气凝胶复合材料可用普通剪刀裁剪加工成任意所需的形状。(2)生物质纤维用在有机硅气凝胶的增强体，制备出的有机硅气凝胶复合材料均有良好的成形性与可加工性。(3)本专利技术的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，以具有多孔结构的有机硅氧烷气凝胶为基体，以生物质纤维为增强体。在一些实施例中，有机硅气凝胶的质量分数为20％-80％，生物质纤维的质量分数为80％-20％，获得了良好的成形性与可加工性。在一些实施例中，有机硅气凝胶复合材料的比表面积57.568-535.3m2/g，孔体积0.15-0.70cm3/g，密度0.10-0.46g/cm3，折叠性和加工性良好。本专利技术为一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料及其制备方法，该方法包括以下的步骤；1)有机硅气凝胶溶胶的配置，所述的溶胶包括有机硅源前驱体、溶剂、酸性催化剂、表面活性剂；2)有机硅气凝胶溶剂的缩聚；所述的溶液包括有机硅气凝胶溶胶、碱性催化剂；3)生物质纤维复合气凝胶的成型；4)复合成型后生物质纤维毡合气凝胶的老化与溶剂置换；5)老化后生物质纤维复合气凝胶的干燥及检测。本申请中对有机硅源前驱体的种类并不作特殊的限定，在一些实施例中，所述的有机硅源前驱体包括甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物，以制备出高性能的有机硅气凝胶。在一些实施例中，所述的溶剂包括甲醇、乙醇中的一种或两种的混合物，有效地溶解有机硅源前驱体、酸性催化剂、表面活性剂等，使反应顺利进行。在一些实施例中，所述酸性催化剂包括盐酸，醋酸、草酸中的一种，催化有机硅气凝胶的合成，提高孔隙率和结构稳定性。在一些实施例中，所述的碱性催化剂包括氨水、四乙基氢氧化铵、1,2-环氧丙烷中的一种，使气凝胶固化，提高固化强度。在一些实施例中，所述的表面活性剂包括：十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、F127(泊洛沙姆)中的一种，获得了较好的分散效果。本申请中对生物质原生纤维的种类不作特殊的限定，在一些实施例中，生物质原生纤维，如棉、麻、毛、丝，以及以上材料制成的质地均匀的膜或毡片，可根据实际要求进行选择。本申请中对生物质再生纤维的种类不作特殊的限定，在一些实施例中，生物质再生纤维，包括植物质纤维和动物质纤维，其中植物质纤维主要包括：再生纤维素纤维、纤维素酯纤维、再生植物蛋白质纤维等；动物质纤维主要包括：再生动物蛋白质纤维、甲壳素纤维。以及以上材料制成的质地均匀的膜或毡片，以扩大生物质纤维的使用范围，满足生产需要。在一些实施例中，生物质合成纤维，主要包括：聚乳酸纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维、聚羟基脂肪酸酯纤维。以及以上材料制成的质地均匀的膜或毡片。在一些实施例中，有机硅气凝胶溶胶的配置包括如下摩尔比的组分：甲基三甲氧基硅烷：无水乙醇：酸性催化剂：表面活性剂＝3.48*10-2：0.257：5*10-4：1.3*10-3，提高了反应效率和产品性能。在一些实施例中，生物质纤维复合气凝胶的成型是先将有机硅气凝胶溶胶与碱性催化剂均匀混合，其中有机硅与碱性催化剂的摩尔比为3.48*10-2：2*10-2:然后将其注入铺有生物质纤维的模具中，使生物质纤维的孔隙结构中对溶胶的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述复合材料为纳米多孔结构，包括：有机硅气凝胶，和掺杂在所述有机硅气凝胶中的生物质纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述复合材料为纳米多孔结构，包括：有机硅气凝胶，和掺杂在所述有机硅气凝胶中的生物质纤维。


2.如权利要求1所述的生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述有机硅气凝胶与生物质纤维的质量比为2～8：8～2。


3.如权利要求1所述的生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料的比表面积57.568-535.3m2/g，孔体积0.15-0.70cm3/g，密度0.10-0.46g/cm3。


4.如权利要求1所述的生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述生物质纤维包括：生物质原生纤维、生物质再生纤维、生物质合成纤维。


5.如权利要求4所述的生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述生物质原生纤维包括：棉、麻、毛、丝，以及以上材料制成的质地均匀的膜或毡片。


6.如权利要求4所述的生物质纤维增强有机硅气凝胶复合材料，其特征在于，所述生物质再生纤维，包括：植物质纤维和动物质纤维，以及以上材料制成的质地均...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊希斌，郭泗鹏，张晶，赵新富，刘本学，刘晓婵，楚伟，张新恩，沈晓冬，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37