用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶技术

本申请实施例公开了一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法包括：提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，第一温度≤0℃；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，第二温度为0～220℃。本申请实施例的方法可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。纤维气凝胶的连续大规模制备。纤维气凝胶的连续大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶


[0001]本申请属于高分子材料
，具体涉及一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法以及包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维多孔材料，是目前已知的密度最低的合成材料之一。大量纳米级细小气孔使气凝胶具有极小的表观密度和热导率，高的孔隙率和比表面积赋予气凝胶良好的轻质、隔热、隔音及高效吸附等性能。对位芳纶作为高性能纤维的代表，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数低等一系列优异性能，广泛应用于军事、航空航天、机电、建筑等领域。将对位芳纶制备成气凝胶无疑会赋予对位芳纶新的性能并大大扩展其应用范围。
[0003]目前制备对位芳纶纳米纤维气凝胶主要是将化学劈裂法制备的对位芳纶纳米纤维用有机介质(乙醇)置换成凝胶，然后再经过深冷(液氮)和低温冷冻干燥制备成气凝胶。
[0004]上述方法存在制备对位芳纶纳米纤维气凝胶过程需要多种有机介质，操作繁琐，条件苛刻，尤其是需要深冷冷冻及冷冻干燥等问题，导致制备气凝胶的过程不仅成本高而且难以连续大规模制备，不适于大规模生产对位芳纶纳米纤维气凝胶。

技术实现思路

[0005]本申请第一方面的实施例提供一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，包括：
[0006]提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，该包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；
[0007]用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，第一温度≤0℃；
[0008]用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，其中，第二温度为0～220℃。
[0009]根据本申请的方法，通过对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶在适当温度下进行冷冻、干燥处理，得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法通过控制上述水凝胶中对位芳纶纳米纤维的含量，可以简单有效地控制包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的孔隙率和力学强度。此外，根据本申请的方法操作条件简单，成本低，可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。
[0010]在本申请方法的可选的实施方式中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：
将对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
[0011]在本申请方法的可选的实施方式中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还包括第一组分，该第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯、碳纳米管及金属粉末中的至少一者。
[0012]在本申请方法的可选的实施方式中，上述金属粉末选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级铜粉及微米级铝粉中的至少一者。
[0013]在本申请方法的可选的实施方式中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：将对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液为宏观均匀状态。
[0014]在本申请方法的可选的实施方式中，还包括用于制备对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液的步骤，包括将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分混合，或者将对位芳纶纳米纤维的水分散液在搅拌下与第一组分的水分散液混合，从而得到对位芳纶纳米纤维和第一组分的水分散液，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。
[0015]在本申请方法的可选的实施方式中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～2.5wt％。
[0016]在本申请方法的可选的实施方式中，第一温度为
‑
50～
‑
10℃。
[0017]在本申请方法的可选的实施方式中，第二温度为50～100℃。
[0018]本申请第二方面提供一种采用根据本申请第一方面的任意一种实施方式的方法获得的包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。
[0019]在本申请第二方面的可选的实施方式中，该包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热分解温度为520～560℃。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
[0021]图1为本申请实施例提供的一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法流程示意图；
[0022]图2为本申请实施例提供的一种包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的热重曲线图。
具体实施方式
[0023]为了使本申请的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
[0024]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同
样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0025]在本文的描述中，当组合物被描述成含有、包含或包括特定组分时，或者当工艺被描述成含有、包含或包括特定的工艺步骤时，预期本申请组合物也主要由所述组分组成或由所述组分组成，并且本申请的工艺也主要由所述工艺步骤组成或由所述工艺步骤组成。
[0026]除非另有明确说明，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”的使用通常应该解释为开放式的且非限制性的。
[0027]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上。
[0028]本申请的上述
技术实现思路
并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0029]对位芳纶气凝胶因其优异的理化性能备受关注。目前，主要通过化学劈裂法制备对位芳纶纳米纤维，并将其制备成包含有机介质(乙醇)的凝胶，然后再经过深冷(液氮)和低温冷冻干燥制备成气凝胶。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，包括：提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，所述固含量的50wt％以上由所述对位芳纶纳米纤维构成；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到所述包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，所述第一温度≤0℃；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥所述包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到所述包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，其中，所述第二温度为0～220℃。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：将对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，以提供所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，所述对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还包括第一组分，所述第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯、碳纳米管及金属粉末中的至少一者。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属粉末选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级...

【专利技术属性】
技术研发人员：庹新林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：