功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用；该功能性超分子气凝胶为双组分水凝胶经冷冻和冷冻干燥后制成，双组分水凝胶原料包括原料A和原料B。此外，本发明专利技术还提供一种制备上述气凝胶的方法、应用上述气凝胶的方法、一种用于隔音的功能性超分子气凝胶和一种用于有机溶剂吸收的功能性超分子气凝胶。本发明专利技术以有机小分子为胶凝剂原料创造性地得到了具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶，该超分子气凝胶为具有与双组分水凝胶体积相同且密度调控范围下限为4mg/cm3的弹性固体材料，具有良好的可逆性和刺激响应性，易于降解，在隔音、有机溶剂吸收等领域展现出巨大优势，具有制备方法简单、成本低廉、节能环保等特点。节能环保等特点。节能环保等特点。

Functional supramolecular aerogels, their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于气凝胶
，具体涉及功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气凝胶是气体取代液体在凝胶三维网络骨架孔隙中的位置而形成的一种复合体系，作为一种超多孔材料，气凝胶材料被誉为“21世纪改变世界的神奇材料”，其独特的结构使其具备众多优异特性，有着广泛的应用前景。气凝胶按照成分组成可分为无机氧化物气凝胶、有机气凝胶、金属气凝胶等，目前对于气凝胶的研究大多集中于碳类、硅类和高分子聚合物气凝胶，往往具有造价高昂、方法复杂和产品功能多样性较差等缺陷，提供一种更易于实现且功能化程度更高的气凝胶的制备方法，是推进气凝胶工业化应用进程的重要途径之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用。本专利技术以有机小分子为胶凝剂原料创造性地得到了具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶，该超分子气凝胶为具有与双组分水凝胶体积相同且密度调控范围下限为4mg/cm3的弹性固体材料，具有良好的可逆性和刺激响应性，易于降解，在隔音、有机溶剂吸收等领域展现出巨大优势，具有制备方法简单、成本低廉、节能环保等特点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种功能性超分子气凝胶，其特征在于，所述功能性超分子气凝胶为双组分水凝胶经冷冻和冷冻干燥后得到的功能性超分子气凝胶；
[0005]所述功能性超分子气凝胶体积与所述双组分水凝胶体积相同，所述功能性超分子气凝胶的密度调控范围下限为4mg/cm3；所述双组分水凝胶为有机小分子双组分水凝胶，所述有机小分子双组分水凝胶的原料包括原料A和原料B，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸或喹啉
‑4‑
甲酸。
[0006]此外，本专利技术还提供一种制备上述的功能性超分子气凝胶的方法，其特征在于，包括：将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶，将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，得到功能性超分子气凝胶；所述原料A和原料B的质量之和为所述水体积的4倍～50倍，所述原料A和原料B的质量单位均为mg，所述水体积的单位为mL。
[0007]上述的制备方法，其特征在于，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(5～1)：(1～5)。
[0008]上述的制备方法，其特征在于，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(3～1)：(1～3)。
[0009]上述的制备方法，其特征在于，将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶的方法，包括：
[0010]步骤一、将原料A、原料B和水置于玻璃密闭容器中，于85℃～95℃温度条件下保持
5min～10min，得到含双组分水溶液；
[0011]步骤二、将步骤一所述含双组分水溶液于室温条件下静置至翻转所述玻璃密闭容器时所述玻璃密闭容器内无液相流动，得到双组分水凝胶。
[0012]上述的制备方法，其特征在于，将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，得到功能性超分子气凝胶的方法包括：
[0013]步骤一、将所述双组分水凝胶于
‑
196℃～
‑
5℃温度条件下冷冻0.1h～12h，得到冷冻后双组分水凝胶；
[0014]步骤二、将步骤一所述冷冻后双组分水凝胶于温度为
‑
60℃～
‑
50℃，真空度为1.5Pa～10Pa条件下冷冻干燥40h～50h，得到功能性超分子气凝胶。
[0015]进一步的，本专利技术还提供一种用于隔音的功能性超分子气凝胶，其特征在于，包括上述的功能性超分子气凝胶。
[0016]进一步的，本专利技术还提供一种用于有机溶剂吸收的功能性超分子气凝胶，其特征在于，包括上述的功能性超分子气凝胶。
[0017]进一步的，本专利技术还提供一种应用上述功能性超分子气凝胶的方法。
[0018]上述的应用方法，其特征在于，包括应用所述功能性超分子气凝胶进行隔音或吸附有机溶剂的方法，所述有机溶剂包括环己烷、甲苯、苯、二氯甲烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮和乙腈中的一种或几种。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0020]1、本专利技术以有机小分子为胶凝剂原料创造性地得到了具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶，该超分子气凝胶为具有与双组分水凝胶体积相同且密度调控范围下限为4mg/cm3的弹性固体材料，具有良好的可逆性和刺激响应性，易于降解，在隔音、有机溶剂吸收等领域展现出巨大优势，具有制备方法简单、成本低廉、节能环保等特点。
[0021]2、本专利技术的制备方法中，以有机小分子原料A和原料B为胶凝剂原料，在水环境中，经H键、Π
‑
Π堆积等非共价相互作用下自组装合成了该具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶。
[0022]3、作为优选，本专利技术的制备方法包括将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，相较于传统超临界干燥法，本专利技术的制备方法条件更为温和安全，成本低廉。
[0023]4、本专利技术的制备方法可实现超低密度气凝胶的制备，制备得到的气凝胶密度最低可为4mg/cm3，极大得拓宽了气凝胶的密度调控范围，气凝胶密度仅为标况下空气密度(1.29mg/cm3)的3.1倍，在满足体积要求的基础上可大幅降低质量。此外该气凝胶在1.71kPa和3.42kPa压力作用下均可回弹至原始高度，具有良好纵向弹性性能，压缩回弹重复性高，且多次压缩均可保持既有弹性模量。
[0024]5、另一方面，本专利技术提供一种用于隔音的功能性超分子气凝胶，利用该超分子气凝胶进行隔绝噪声的测试中，相较于空气传声，该超分子气凝胶最大隔音量31.09dB，平均隔音量16.80dB，达到了良好的隔音功效，相对于传统高分子泡沫隔音材料，本专利技术的超分子气凝胶具有易于降解，环境友好的特性。
[0025]6、另一方面，本专利技术还提供一种用于有机溶剂吸收的功能性超分子气凝胶，可进行多种有机溶剂吸收，吸收有机溶剂后超分子气凝胶保持原有体积，无结构收缩坍塌现象。
[0026]下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]说明书附图
[0028]图1实施例1
‑
1方法流程示意图。
[0029]图2为实施例1
‑
1～1
‑
3双组分水凝胶DSC图。
[0030]图3为实施例1
‑
1～1
‑
3双组分水凝胶流变模量图。
[0031]图4为实施例1
‑
1～1
‑
3双组分水凝胶变温1H
‑
NMR图。
[0032]图5为实施例1
‑
1～1
‑
3双组分水凝胶紫外光谱图。
[0033]图6为实施例1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能性超分子气凝胶，其特征在于，所述功能性超分子气凝胶为双组分水凝胶经冷冻和冷冻干燥后得到的功能性超分子气凝胶；所述功能性超分子气凝胶体积与所述双组分水凝胶体积相同，所述功能性超分子气凝胶的密度调控范围下限为4mg/cm3；所述双组分水凝胶为有机小分子双组分水凝胶，所述有机小分子双组分水凝胶的原料包括原料A和原料B，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸或喹啉
‑4‑
甲酸。2.一种制备如权利要求1所述的功能性超分子气凝胶的方法，其特征在于，包括：将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶，将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，得到功能性超分子气凝胶；所述原料A和原料B的质量之和为所述水体积的4倍～50倍，所述原料A和原料B的质量单位均为mg，所述水体积的单位为mL。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(5～1)：(1～5)。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(3～1)：(1～3)。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶的方法，包括：步骤一、将原料A、原料B和水置于玻璃密闭容器中，于85℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远刚，陈永，杨宗霖，李华静，杨容，周安宁，梁耀东，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：