[发明专利]（超）疏水的基于异氰酸酯的多孔材料

说明书

提供一种具有防水性和> 90°的水接触角的（超）疏水的基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶，其包含：‑ 由聚氨酯和/或聚异氰脲酸酯和/或聚脲构成的交联多孔网状结构，和‑ 疏水化合物，其特征在于所述疏水化合物在气凝胶/干凝胶/晶胶的多孔网状结构内共价键合，并且其中所述键合在形成基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶交联多孔网状结构的凝胶化步骤期间发生，所述疏水化合物在凝胶化步骤之前具有至少一个异氰酸酯反应性基团并且没有异氰酸酯基团。

发明领域

本发明涉及具有至少疏水性，更优选超疏水性的基于异氰酸酯的有机多孔材料的合成。

本发明还涉及疏水的、更优选超疏水的基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶，优选基于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的气凝胶/干凝胶/晶胶，其包含共价地引入它们的多孔结构中的疏水化合物。

根据本发明的（超）疏水的气凝胶/干凝胶/晶胶适合用于大量应用例如用作隔离产品（隔热和/或隔音）或在隔离产品（隔热和/或隔音）中的使用。

背景

气凝胶（使用超临界干燥制成）、干凝胶（使用环境压力干燥制成）和晶胶（使用冷冻干燥制成）为具有典型地在微米或甚至纳米范围内的孔径的多孔材料（开孔结构）。比表面积可以非常大（>1m²/g，在一些情况下高至1000m²/g）。

典型地通过首先使单体在溶剂中反应形成凝胶（凝胶化步骤，具有填充了溶剂的孔的交联多孔网状结构）并然后通过除去溶剂来合成气凝胶/干凝胶/晶胶。如果在超临界条件（例如超临界CO₂）下从孔除去溶剂，则获得气凝胶。如果在环境条件（即亚临界条件）下从孔除去（蒸发）溶剂，则获得干凝胶。如果通过冷冻干燥从孔除去溶剂，则获得晶胶。可以任选地在凝胶形成或各种溶剂交换（以洗去未反应的物质和/或最小化溶剂蒸发期间的收缩）之后在合成中包括附加步骤例如老化（其中使凝胶静置某一段时间以允许进一步的单体转化和/或聚合物网状结构的补强的已知工艺）以改善最终的气凝胶/干凝胶/晶胶性能。

对于各种各样的应用（包括隔热），疏水（即防水）的气凝胶/干凝胶/晶胶是优选的。确实地，在与液体水接触时，这些多孔材料内的渗入会自动地导致性能的劣化。水渗入会填充气凝胶/干凝胶/晶胶孔，其对于利用大比表面积和/或低材料密度的任何应用都是显著的。此外，在干燥（即水蒸发）之后，孔内的强毛细作用力可以发展，引起不可逆转的材料收缩和致密化，这也对性能不利。疏水的气凝胶/干凝胶/晶胶定义为液体水能够在一定程度上“润湿”它们的外表面（即水接触角<150°，但典型地>90°）而没有渗透多孔结构的材料。超疏水的气凝胶/干凝胶/晶胶定义为液体水不能“润湿”它们外表面（即水接触角>150°）而没有渗透多孔结构的材料。

自从二十世纪九十年代早期已经研究了基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶（包含聚氨酯和/或聚脲和/或聚异氰脲酸酯）本身[US5484818A、US6063826A、US5942553A、WO2012000917A1、US2010148109A1、US20120220679A1、US2012115969A1、WO9502009A1、US20060211840、US2014147607A1]。然而，仍然缺少实现这些基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶的（超）疏水性能的容易方法，这对于显著扩展这些基于异氰酸酯的有机气凝胶/干凝胶/晶胶的应用范围至关重要。

WO 95/03358公开了有机气凝胶，并更具体地基于多异氰酸酯的气凝胶和它们的制备方法。在一个其中氢氟烃或CO₂用作溶剂的具体情况下，在制备气凝胶的方法中使用的多异氰酸酯为由多异氰酸酯和基本上氟化的异氰酸酯反应性化合物制备的异氰酸酯封端的预聚物以改善在用于制备气凝胶的溶剂中的溶解度。

需要开发以简单和低成本方式使基于异氰酸酯的多孔材料疏水，并更具体地超疏水的合成方法，其会开启各种各样的新应用。