一种点击反应制备有机-二氧化硅复合气凝胶的方法技术

本发明专利技术属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种点击反应制备有机

【技术实现步骤摘要】
一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法


[0001]本专利技术属于气凝胶材料制备
，具体涉及一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法

技术介绍

[0002]SiO2气凝胶是一种高度交联的多孔材料，具有低密度、高孔隙率和低的热导，其复杂的三维结构可以有效扩展传热路径，从而提供良好的隔热性能。SiO2气凝胶由SiO2纳米颗粒堆积形成“珍珠链”结构，“颈部”区域在外力作用下极易发生凝胶骨架脆性断裂，因此SiO2气凝胶力学强度低、脆性大。目前研究人员对于SiO2气凝胶的力学改性的技术路线主要包括聚合物增强和纤维等复合增强。聚合物增强是有机聚合物与SiO2骨架形成共价键连接，聚合物对气凝胶骨架形成包覆及对骨架进行增强增韧，形成有机
‑
无机复合的聚合物增强SiO2气凝胶骨架结构。CN 111924850A利用SiO2湿凝胶骨架表面残留的大量
‑
OH，多异氰酸酯作为交联剂进行增强，样品具有高的可逆压缩形变。CN109796018A以含有乙烯基或烯丙基的烷氧基硅烷为前驱体，由聚硅氧烷和碳氢链构成的双交联纳米多孔结构，制备出聚乙烯聚硅氧烷气凝胶。样品具有优异的可压缩性和弹性以及良好的弯曲性能，但制备过程需要2
‑
4天的溶剂置换，成本高昂的超临界干燥或1
‑
2天常压干燥。Nguyen等利用3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷APTES作为硅源，含氨基的湿凝胶与二异氰酸酯发生交联反应，得到聚脲增强SiO2气凝胶(ACS Applied Materials and Interfaces,2010,2(5):1430
‑
1443.)。类似地，可得到苯乙烯、环氧增强SiO2气凝胶骨架(Chemistry ofMaterials,2008,20(15):5035
‑
5046.)。聚合物可显著增强SiO2气凝胶的力学性能，但是起交联增强作用的聚合物高温稳定性较差，且硅烷水解凝胶过程通常需要外加酸碱催化，此外长时间的溶剂置换过程与超临界干燥，使得工艺过程冗长并增加了制备成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法。所述气凝胶不仅具有低密度、低热导及优异的耐热性能，同时工艺简单无需催化凝胶及溶剂置换过程，且具有较好的抗压强度。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：
[0005]一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法，步骤如下：
[0006](1)前驱体溶液制备：将偶氮二异丁腈AIBN与含硅芳炔树脂PSA溶于低沸点溶剂中，然后滴加入巯丙基三乙氧基硅烷MPTES，在无水无氧，105℃的条件下点击反应4h，得到前驱体溶液；
[0007](2)气凝胶的制备：将步骤(1)的前驱体溶液45℃保温12h，后加入去离子水，升温至145℃回流30min，转移至烧杯中老化获得湿凝胶，将湿凝胶经液氮冷冻、冷冻干燥和后固化得到气凝胶材料。
[0008]在本专利技术中，所述的PSA的结构式为：
[0009][0010]R1＝H，CH3[0011]R2＝H,CH3，CH＝CH2，Ph
[0012]n＝6～10
[0013]在本专利技术中，所述步骤(1)的PSA与MPTES的质量比为(0.8～1.5):1；所述的二氧六环加入量至MPTES浓度为9wt％，AIBN质量分数为3wt
‰
。
[0014]在本专利技术中，所述步骤(1)中的低沸点溶剂优选二氧六环、环己烷、1,2
‑
二氯乙烷。
[0015]在本专利技术中，所述步骤(2)中加入去离子水与MPTES的烷氧基等摩尔。
[0016]在本专利技术中，所述步骤(2)中室温老化2h或60℃保温老化2h；
[0017]在本专利技术中，所述步骤(2)中液氮冷冻使湿凝胶经历足以冷冻溶剂的条件以形成冷冻材料。
[0018]在本专利技术中，所述步骤(2)中冷冻干燥的压力为10～30Pa，温度为
‑
50℃～
‑
45℃，时间为12～18h。
[0019]在本专利技术中，所述步骤(2)中后固化程序为150℃/2h、170℃/2h、210℃/2h和250℃/4h。
[0020]本专利技术还提供一种上述的点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法所制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶。
[0021]本专利技术获得的有益效果：
[0022]与现有技术相比，本专利技术使用的用于增强SiO2气凝胶骨架的聚合物为具有优异热性能的PSA树脂，用于提升复合气凝胶聚合物基高温稳定性。PSA在SiO2气凝胶骨架表面发生巯基
‑
炔点击反应，形成PSA包覆气凝胶骨架进行增强增韧，改善力学性能。前驱体溶液经过保温和高温回流无需酸碱催化凝胶。此外，在低沸点溶剂中凝胶，直接冷冻干燥获得气凝胶材料。工艺简单避免长时间溶剂置换，无大量置换溶剂的使用以实现绿色生产。制得气凝胶材料可应用于高温领域超轻隔热。
附图说明
[0023]图1为实施例1中制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料。
[0024]图2为实施例1中制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料的扫描电镜图。
[0025]图3为实施例4中制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料的热失重曲线。
[0026]图4为实施例4中制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料的压缩曲线图。
具体实施方式
[0027]下面通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明实施例1
[0028]按照如下方法制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶：
[0029](1)前驱体溶液的制备：将0.20gAIBN与4.80gPSA在室温下搅拌溶于55.87g二氧六环中，然后滴加入6.00gMPTES。在无水无氧，105℃的条件下回流点击反应4h，得到前驱体溶液。
[0030](2)气凝胶材料的制备：将前驱体溶液45℃保温12h，后加入1.36g去离子水，升温至145℃回流30min，转移至烧杯中室温老化2h获得湿凝胶。湿凝胶经液氮冷冻20min后进行冷冻干燥，压力为10～30Pa，温度为
‑
50℃～
‑
45℃，时间为18h。最后在鼓风干燥箱中以150℃/2h、170℃/2h、190℃/2h和210℃/4h的固化程序进行后固化。获得有机
‑
二氧化硅复合气凝胶。
[0031]实施例1制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料如图1所示。
[0032]实施例1制备的有机
‑
二氧化硅复合气凝胶材料的扫描电镜图如图2所示。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)前驱体溶液制备：将偶氮二异丁腈AIBN与PSA溶于低沸点溶剂中，然后滴加入MPTES，在无水无氧，105℃的条件下点击反应4h，得到前驱体溶液；(2)气凝胶的制备：将步骤(1)的前驱体溶液45℃保温12h，后加入去离子水，升温至145℃回流30min，转移至烧杯中老化2h获得湿凝胶；将湿凝胶经液氮冷冻、冷冻干燥和后固化得到气凝胶材料。2.根据权利要求1所述的一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法，其特征在于，所述的PSA的结构式为：3.根据权利要求1所述的一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤(1)的PSA与MPTES的质量比为(0.8～1.5):1；所述的低沸点溶剂加入量至MPTES浓度为9wt％，AIBN质量分数为3wt
‰
。4.根据权利要求1所述的一种点击反应制备有机
‑
二氧化硅复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的低沸点溶剂熔点高于
‑
50℃；沸点为50℃
‑
150℃。5.根据权利要求1所述的一种点击反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓诗峰，赵川晴，齐会民，黄明国，李洪滔，
申请(专利权)人：湖南星鑫航天新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：