一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料及其制备方法和应用，属于保温材料技术领域。包括以下步骤：将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物；将所述交联产物进行冷冻

【技术实现步骤摘要】
一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及保温材料
，尤其涉及一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石能源消耗所带来的二氧化碳排放问题，已成为制约当今人类社会和经济可持续发展的重要考验。在建筑保温领域，特别是在商业和住宅建筑保温方面，需要大量的能源消耗来维持建筑物的宜居温度。因此，绿色环保型的建筑保温材料的发展具有重要意义。目前，市场上流通的建筑保温材料主要分为无机保温材料(矿棉、玻璃纤维等)和有机保温材料(聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等)。无机保温材料的机械性能较差，而有机保温材料在制备过程中会造成环境污染，阻燃性能一般。此外，在自然条件下，有机保温材料的老化和解体会导致微塑料的形成，对人类和环境安全构成严重威胁。因此，开发一种高性能的绿色环保型建筑节能保温材料具有重要意义。
[0003]气凝胶具有高孔隙率(80～99.8％)、低表观密度(0.001～0.3g/cm3)和低导热系数(0.01～0.1W/m
·
k)等优良特性，被认为是用于隔热保温的最理想的固体材料。因此，低成本、高性能的环境友好型气凝胶材料的开发吸引了极大的关注。目前，可生物降解聚合物(聚乳酸、聚乙烯醇和纤维素等)已在工业上实现大规模生产，可作为基体构建复合气凝胶。然而，纯聚乙烯醇气凝胶抗压强度低，热稳定性差，这限制了它在节能保温领域的大规模应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料抗压强度高，热稳定性好，热导率低。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物；
[0008]将所述交联产物进行冷冻
‑
解冻循环，得到解冻物料；
[0009]将所述解冻物料依次进行单向冷冻和冷冻干燥，得到所述埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料。
[0010]优选地，所述埃洛石纳米管水分散液中的埃洛石纳米管与聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的质量比为1:1～5。
[0011]优选地，所述交联剂为四硼酸钠饱和水溶液、聚乙烯亚胺、三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯或异氰酸酯。
[0012]优选地，所述交联剂与浆料的体积比为1:38～45，所述浆料包括埃洛石纳米管水
分散液和聚乙烯醇水溶液。
[0013]优选地，所述交联反应的温度为80～90℃，时间为1～3h。
[0014]优选地，所述冷冻
‑
解冻循环的次数为4～8次，所述冷冻
‑
解冻循环的冷冻的温度为
‑
18～
‑
196℃，时间为2～6h，解冻的温度为5～25℃，时间为2～6h。
[0015]优选地，所述单向冷冻在单向冷冻装置中进行，所述单向冷冻装置的模具为聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚全氟乙丙烯，所述单向冷冻装置的单向冷冻平台为紫铜、黄铜、铸铁或不锈钢，所述单向冷冻装置的制冷剂为液氮或干冰
‑
乙醇溶液混合物，所述单向冷冻装置的盛放模具为玻璃、铜罐或铁罐。
[0016]优选地，所述冷冻干燥的冷阱温度为
‑
60～80℃，冷冻温度为
‑
20～30℃，时间为24～48h/次。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料作为建筑节能保温材料的应用。
[0019]本专利技术提供了一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物；将所述交联产物进行冷冻
‑
解冻循环，得到解冻物料；将所述解冻物料依次进行单向冷冻和冷冻干燥，得到所述埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料。
[0020]本专利技术中，天然纳米材料
‑
埃洛石纳米管(Al2(OH)4Si2O5)的管状结构是由外层的SiO2四面体和内层的Al2O3八面体组成，管状结构表面有大量的Al
‑
OH和Si
‑
O
‑
Si基团，可以作为交联的活性点，冷冻
‑
解冻循环用于改善埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的骨架强度和尺寸稳定性，并显著改善气凝胶复合材料表面开裂、翘曲的问题，结合单向冷冻，利用温度梯度来影响和控制冰冻基元的运动，单向冷冻过程中将解冻物料放置于温度场中降温，随着温度的降低，水会逐渐沿着温度梯度凝固，凝固产生的冰晶柱将解冻物料的胶体粒子挤压、排开、包埋至冰晶柱之间，得到长程有序孔结构，长程有序孔状结构增加了热气流的传导路径，进而增强了气凝胶材料的隔热性能。实施例的数据表明，本专利技术制得的埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的压缩强度为：0.15～3.33MPa，热导率为44.333～124.6mW/m
·
K。
[0021]且天然纳米材料
‑
埃洛石纳米管可以从低成本的矿物粘土中开采，降低了生产成本；本专利技术制备成本低廉，工艺简单易操作，制备过程无污染，并且所制备气凝胶材料具有低成本、轻量化、高抗压强度、保温隔热性能优异和可生物降解等特点，可作为绿色环保型的建筑节能保温材料进行工业化推广和应用。
[0022]进一步地，通过改变埃洛石纳米管的含量，可以控制长程有序孔结构的孔径大小，这为可控制备新型保温材料提供了良好的思路。
附图说明
[0023]图1为本专利技术使用的单向冷冻装置的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术中单向冷冻与常规冷冻的区别示意图；
[0025]图3为实施例1制得的埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的光学照片和SEM电镜图
片。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物；
[0028]将所述交联产物进行冷冻
‑
解冻循环，得到解冻物料；
[0029]将所述解冻物料依次进行单向冷冻和冷冻干燥，得到所述埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料。
[0030]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0031]本专利技术将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物。
[0032]本专利技术优选将埃洛石纳米管加入到去离子水中，室温下超声、搅拌至均匀分散，得到所述埃洛石纳米管水分散液。
[0033]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将埃洛石纳米管水分散液、聚乙烯醇水溶液和交联剂混合进行交联反应，得到交联产物；将所述交联产物进行冷冻
‑
解冻循环，得到解冻物料；将所述解冻物料依次进行单向冷冻和冷冻干燥，得到所述埃洛石/聚乙烯醇气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述埃洛石纳米管水分散液中的埃洛石纳米管与聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的质量比为1:1～5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为四硼酸钠饱和水溶液、聚乙烯亚胺、三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯或异氰酸酯。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂与浆料的体积比为1:38～45，所述浆料包括埃洛石纳米管水分散液和聚乙烯醇水溶液。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联反应的温度为80～90℃，时间为1～3h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻
‑
解冻...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景锋，吕庆涛，王齐华，王廷梅，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：