【技术实现步骤摘要】
本申请涉及隔热复合气凝胶材料，尤其涉及一种柔性隔热纳米纤维复合气凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
1、在太空和深海等极端环境中，通过隔热保温材料维持人体微环境的热管理，对人员生命安全至关重要。气凝胶材料由于具有极其优异的隔热性能，被广泛用于极端环境中的保温防寒；此外由于需要与目标物体紧密相贴，适应复杂活动情况下的应变，气凝胶材料还需要有优异的机械性能，以承受复杂的机械载荷。其中，二氧化硅气凝胶因具有极小的纳米孔以及极低的密度，而具有低热导率、高隔热性能的特性而广泛使用；然而由于二氧化硅纳米骨架脆性较大，在外力作用下网络易破碎引起内部结构的破坏，从而丧失原有的隔热特性，严重限制了其在极端条件下的适用性。
2、现有的研究大多通过对二氧化硅纳米骨架进行修饰或增强，来提高二氧化硅气凝胶材料的机械性能。其中，常采用纤维复合的方式对气凝胶材料进行增强增韧，如公布号为cn115849862a的专利申请，利用二氧化硅纳米线复合型岩棉纤维浸渍硅溶胶来制备复合气凝胶材料，再采用三甲基氯硅烷来对其进行改性；公布号为cn 109516763a专利，利用纤维素纤维表面生长硅凝胶制备复合气凝胶，再通过溶剂置换与常压干燥获得复合气凝胶材料。
3、然而，现有的纤维复合二氧化硅气凝胶材料的可弯曲性和结构稳定性较差，在外应力下会发生不可逆变形，并且其在常压干燥过程中，纳米颗粒极易发生聚集而引起结构的破坏。
技术实现思路
1、本申请提供一种柔性隔热纳米纤维复合气凝胶及其制备方法与应用，旨在解决
2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。
3、本申请的第一方面，提供一种柔性隔热纳米纤维复合气凝胶，包括超亲水纤维网络骨架以及结合在所述超亲水纤维网络骨架表面及其空隙中的氧化硅纳米颗粒，相邻的氧化硅纳米颗粒之间互相接触。
4、在一些实施方案中，所述柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的密度为0.2-0.3g/cm3，孔隙率为80％-90％，热导率为0.016-0.022w·m-1·k-1，水接触角＞150°。
5、本申请的另一方面，提供上述柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，包括：
6、步骤1，可聚合性有机硅氧烷在引发剂和链转移剂的作用下，在惰气中于80℃-160℃进行反应，得到预交联硅氧烷；
7、步骤2，将所述预交联硅氧烷分散于去离子水中，加入酸催化剂、碱催化剂、分散剂、表面活性剂、助分散剂和柔顺剂，在20-30℃搅拌，得到分散液；
8、步骤3，将超亲水纤维网络骨架浸于所述分散液中，在60-80℃进行凝胶化处理，得到湿凝胶；
9、步骤4，对所述湿凝胶在30-80℃进行溶剂置换处理，干燥，即得柔性隔热纳米纤维复合气凝胶。
10、在一些实施方案中，所述可聚合性有机硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷或3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或多种的混合物；
11、和/或所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯中的任意一种；
12、和/或所述链转移剂为十二烷基硫醇；
13、所述可聚合性有机硅氧烷、引发剂和链转移剂的质量比为(80-94):(3-10):(3-10)。
14、在一些实施方案中，所述分散液以重量份计，包含15-30份预交联硅氧烷、0.01-0.03份酸催化剂、10-15份碱催化剂、1-3份表面活性剂、1-3助分散剂、1-3份柔顺剂、56-62份去离子水。
15、在一些实施方案中，所述酸催化剂为草酸、硫酸、盐酸、醋酸中的一种或多种；
16、和/或所述碱催化剂为尿素或硫脲；
17、和/或所述表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或几种；
18、和/或所述助分散剂为n，n二甲基甲酰胺；
19、和/或所述柔顺剂为peg-1000。
20、在一些实施方案中，所述超亲水纤维网络骨架通过以下方法制备：
21、将亲水纤维毡经过等离子处理，得到超亲水纤维网络骨架；
22、所述等离子处理的参数为功率80％，进气量100％，压力0.35mbar，处理时间为1-10min。
23、在一些实施方案中，所述亲水纤维毡为聚丙烯针刺毡、纤维素针刺毡或涤纶针刺毡。
24、在一些实施方案中，所述溶剂置换处理，包括：
25、将湿凝胶依次通过去离子水、体积比为1:3的去离子水/乙醇混合液、无水乙醇、乙酸乙酯、正己烷进行溶剂置换，溶剂置换的温度为30-80℃。
26、本申请的另一方面，提供上述柔性隔热纳米纤维复合气凝胶或上述制备方法制备的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶在保温防寒材料中的应用。
27、与现有技术相比，本申请的有益效果为：
28、本申请的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶为交联三维多纠缠网络结构，其中氧化硅纳米颗粒纠缠分布在所述纳米网络骨架上，具有高拉伸强度和压缩强度，以及优异的柔韧性，结构稳定性好，且氧化硅纳米颗粒不易发生聚集；其拉伸强度可达8.45mpa，压缩强度可达17.86mpa。同时，本申请的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶具有极低的热导率，在大气压下热导率为0.016-0.022w·m-1·k-1，温度适应性宽，能够在-196～200℃正常工作，且具有高疏水性，能够在极端复杂的气候环境中仍然保持高度的隔热性能，应用场景广阔。
29、本申请的制备方法工艺简单，成本低，规模化制备前景良好。
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1.一种柔性隔热纳米纤维复合气凝胶，其特征在于，包括超亲水纤维网络骨架以及结合在所述超亲水纤维网络骨架表面及其空隙中的氧化硅纳米颗粒，相邻的氧化硅纳米颗粒之间互相接触。
2.根据权利要求1所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶，其特征在于，所述柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的密度为0.2-0.3g/cm3，孔隙率为80％-90％，热导率为0.016-0.022W·m-1·K-1，水接触角＞150°。
3.根据权利要求1或2所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述分散液以重量份计，包含15-30份预交联硅氧烷、0.01-0.03份酸催化剂、10-15份碱催化剂、1-3份表面活性剂、1-3助分散剂、1-3份柔顺剂、56-62份去离子水。
6.根据权利要求5所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米
8.根据权利要求7所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水纤维毡为聚丙烯针刺毡、纤维素针刺毡或涤纶针刺毡。
9.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂置换处理，包括：
10.权利要求1或2所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶或权利要求3-9任一项所述的制备方法制备的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶在保温防寒材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性隔热纳米纤维复合气凝胶，其特征在于，包括超亲水纤维网络骨架以及结合在所述超亲水纤维网络骨架表面及其空隙中的氧化硅纳米颗粒，相邻的氧化硅纳米颗粒之间互相接触。
2.根据权利要求1所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶，其特征在于，所述柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的密度为0.2-0.3g/cm3，孔隙率为80％-90％，热导率为0.016-0.022w·m-1·k-1，水接触角＞150°。
3.根据权利要求1或2所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的柔性隔热纳米纤维复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述分散液以重量份计，包含15-30份预交联硅氧烷、0.01-0....
【专利技术属性】
技术研发人员：成艳华，郑俊杰，张君妍，蔡雪真，高孟月，白天祥，徐成建，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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