[发明专利]远螯混合气凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及无机-有机混合气凝胶和制备这种气凝胶的方法。具体地，本发明的无机-有机混合气凝胶包括具有活性端基的支链远螯(共)聚合物。

背景技术

气凝胶为超低密度、高度多孔的材料中独特的一类。高孔隙度、固有的孔隙结构和低密度使得气凝胶为用于包括绝热的多种用途的极其有价值的材料。由于极小的褶皱状孔最小化传导和对流，基于二氧化硅的低密度气凝胶为优良的绝热体。此外，红外线辐射(IR)的抑制掺杂物能够轻易地分散于整个气凝胶基质中以减少辐射传热。

能源成本不断上升和城市化已经导致更多的努力来探索用于管道、汽车、航空航天、军事、装饰、窗、房屋以及其他器具和设备的更有效的隔热和隔音材料。二氧化硅气凝胶还具有高的可见光透过率，因此它们也适用于太阳能集热板的隔热材料。

发明内容

简而言之，在一个方面，本发明提供了制备混合气凝胶的方法，所述方法包括从包含溶剂、金属氧化物前体和支链远螯共聚物的溶胶制备气凝胶前体；和干燥所述气凝胶前体以形成混合气凝胶。在一些实施例中，将所述金属氧化物前体和支链远螯聚合物共水解并共缩合。

在一些实施例中，所述溶剂包括水和烷基醇的至少一种。在一些实施例中，用烷基醇使所述气凝胶前体进行溶剂交换以形成醇凝胶。在一些实施例中，超临界干燥所述气凝胶前体或醇凝胶以形成混合气凝胶。

在一些实施例中，所述金属氧化物前体包括有机硅烷，例如，四烷氧硅烷。在一些实施例中，所述金属氧化物前体包括预聚合的硅醇盐，任选地，其中所述预聚合的硅醇盐包括聚硅酸盐。

在一些实施例中，所述溶胶包含基于所述金属氧化物前体和所述支链远螯共聚物的总重量至少0.5重量％的支链远螯聚合物。在一些实施例中，所述溶胶包含基于所述金属氧化物前体和所述支链远螯共聚物的总重量不大于25重量％的支链远螯聚合物。

在一些实施例中，所述支链远螯聚合物包含可水解的官能团。在一些实施例中，所述支链远螯聚合物是包含一种或多种(甲基)丙烯酸酯单体(例如丁基丙烯酸酯)的单体组合的聚合产物。在一些实施例中，所述气凝胶前体的金属氧化物与支链远螯聚合物共价键合。

在一些实施例中，所述溶胶包含疏水性表面改性剂。在一些实施例中，所述溶胶包含酸。

在一些实施例中，在形成所述气凝胶之前，例如，在形成所述气凝胶前体之前，将所述溶胶施用于基底(例如，非织基底粘合纤维网)上。在一些实施例中，

在另一方面，本发明提供了根据本发明的方法制备的混合气凝胶和混合气凝胶制品。在一些实施例中，所述混合气凝胶包括无机部分和有机部分，所述无机部分包含金属氧化物，所述有机部分包含支链远螯聚合物。在一些实施例中，所述混合气凝胶为疏水的。

本申请的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个或多个实施例的细节还在以下描述中给出。本发明的其他特点、目的和优点根据描述和权利要求书将显而易见。

附图说明

图1为比较例-2(100％TEOS)的无机气凝胶的SEM图像。

图2为实例10(5％BTP-A，95％TEOS(w/w))的无机/有机混合气凝胶的SEM图像。

具体实施方式

部分原因是由于气凝胶的低密度无机结构(通常＞90％空气)，气凝胶具有某些机械缺陷。例如，无机气凝胶具有高硬度并且往往易碎。先前曾尝试通过长链和短链的直链和支链聚合物和低聚物引进有机元素以形成有机/无机混合气凝胶来改善无机气凝胶的机械性能。然而这些方法具有明显的缺陷，诸如强化不充分或低效、强化但以牺牲其他所需性能为代价、用于制备增强有机物的工艺繁杂以及商业规模生产的途径昂贵。

本发明提供了替代形式的混合气凝胶，其中有机支链远螯聚合物(BTP)增强了无机网络。远螯聚合物被定义为包含活性端基(即，与另一个分子反应键合的端基)的大分子。远螯聚合物可以是，例如，在两端均具有官能团的线型聚合物。支链远螯聚合物是在多个分支末端具有官能团的支链聚合物。一般地，由于链中的缠结降低，支链聚合物相对于相似分子量的线型聚合物显示出更低的粘度。

在一些实施例中，支链远螯聚合物的添加使材料韧化，混合气凝胶的机械性能改善，例如，脆性降低、压缩模量提高。尽管不希望受到任何理论的限制，但相信添加支链远螯聚合物将“软”区引入到易碎的无机气凝胶的形态中。还相信所述聚合物区能够通过吸收网络中产生的压力而充当冲击强度的调节剂。