[发明专利]一种气凝胶材料及其表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米多孔材料的表面改性技术领域，尤其涉及一种气凝胶材料及其表面改性方法。

背景技术

气凝胶材料是一种由纳米级颗粒堆积而成的、具有纳米级三维网络结构特征的轻质固体材料，具有极高的孔隙率、比表面积，极低的密度和固含量，化学惰性和不燃性，表现出优异的轻质、保温隔热、防火、隔音、减震吸能特性，可广泛应用于航空航天、国防军工等军事领域以及绿色建筑、太阳能热利用、交通运输、环境治理、化工、冶金、个人防护、药物载体等民用领域。

然而，气凝胶材料极高的孔隙率也带来强度低、脆性大等缺陷。在工程应用中，气凝胶材料的纳米多孔结构还易受到水、有机溶剂等的破坏，损害甚至丧失气凝胶材料的优异特性。因此需对气凝胶材料进行表面改性处理，在不破坏气凝胶材料纳米多孔结构的前提下，提高气凝胶材料与其他材料的相容性和界面结合强度。

发明内容

本发明的目的是解决气凝胶材料与其他材料的界面结合问题，提出的技术方案是，提供一种气凝胶材料及其表面改性方法。

一种气凝胶材料，包括内部疏水层和表面亲水层，所述表面亲水层为纳米多孔结构，所述表面亲水层厚度为0.1~100μm。

一种气凝胶材料的表面改性方法，采用表面亲水改性溶液对疏水气凝胶材料表面进行亲水改性，所述表面亲水改性溶液为表面活性剂和低表面张力溶剂的水溶液或低表面张力溶剂的水溶液。

在其中一个实施例中，所述低表面张力溶剂、所述表面活性剂、所述水的体积比为1:(0~4):(10~1000)。

在其中一个实施例中，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂中的一种或多种；所述阴离子型表面活性剂为脂肪醇磷酸酯盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐、烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、甘油脂肪酸酯硫酸盐、硫酸化蓖麻酸盐、环烷硫酸盐、脂肪酰胺烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、脂肪酸甲酯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐中的一种或多种；所述阳离子型表面活性剂为脂肪族铵盐；所述两性表面活性剂为烷基氨基酸、羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸酯甜菜碱、烷基羟基氧化胺中的一种或多种；所述非离子型表面活性剂为脂肪族聚酯、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烯加成物、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基酯酰胺中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述低表面张力溶剂为丙酮、正己烷、正戊烷、正庚烷、乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述表面亲水改性步骤前，还包括疏水改性步骤。

在其中一个实施例中，所述疏水改性步骤为在密闭的疏水改性剂气相环境中对气凝胶材料进行疏水改性。

在其中一个实施例中，所述疏水改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述表面亲水改性步骤中，还包括外加物理场作用步骤。

在其中一个实施例中，所述外加物理场作用步骤为远红外辐射、搅拌、超声波处理、球磨中的一种。

在其中一个实施例中，所述表面亲水改性步骤后，还包括干燥处理步骤。

在其中一个实施例中，所述干燥处理步骤为远红外干燥、喷雾干燥、微波干燥、常压干燥、超临界干燥、亚临界干燥、冷冻干燥中的一种。

上述一种气凝胶材料，在与其他材料，如水性涂料、水性胶凝材料复合时，其纳米多孔结构不会被水等溶剂破坏，并且与其他材料之间具有良好的界面结合。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明的气凝胶材料的一种实施例，包括内部疏水层和表面亲水层，所述表面亲水层为纳米多孔结构，所述表面亲水层厚度为0.1~100μm。