[发明专利]基于苯并噁嗪的共聚物气凝胶

说明书

本发明涉及基于苯并噁嗪的共聚物气凝胶，其是通过在催化剂和溶剂的存在下，使苯并噁嗪单体或低聚物与选自异氰酸酯化合物、环醚化合物和酸酐化合物中的共聚单体反应得到的，其中当所述共聚单体是酸酐化合物或异氰酸酯化合物时，所述催化剂是任选存在的成分。本发明的基于苯并噁嗪的共聚物气凝胶提供了高绝热材料，同时保持了良好的机械性质和性能。

技术领域

本发明涉及一种基于苯并噁嗪的共聚物气凝胶，其是通过使苯并噁嗪单体或低聚物与选自异氰酸酯化合物、环醚化合物和酸酐化合物中的共聚单体反应得到的。本发明的苯并噁嗪基气凝胶提供了高绝热材料，同时保持良好的机械性质和性能。

背景技术

气凝胶是通过将填充孔隙的溶剂交换成气体(通常使用超临界流体)来干燥湿凝胶而得到的纳米颗粒的三维低密度组合体。通过这些方式，由于溶剂蒸发而产生的毛细力被最小化，并可实现具有大的内部空隙空间的结构。这些材料的高孔隙率是其导热系数非常低的原因，这使得气凝胶在绝热应用方面成为极具吸引力的材料。

与市场上常见的热绝缘体相比，气凝胶是轻质材料，具有非常低的导热系数。因此，已知气凝胶由于其纳米结构并且消除了气相的任何贡献而成为良好的绝缘材料。因此，可以在获得类似的绝缘特性的同时减小绝缘层的厚度。因为气凝胶是空气填充的，因此它们是环境友好的。

在许多不同的应用中，隔热都是重要的，以便节省能量并降低成本。这种应用的实例是建筑、运输和工业。对于某些应用，可以使用厚的绝缘板来减少热传递。然而，由于尺寸限制，其他应用可能需要更薄的绝缘板和/或层。对于薄的绝缘板/层，材料的导热系数必须非常低，以便获得与较厚的绝缘板和/或层相同的绝缘性能。另外，在某些情况下并且取决于应用，还可能需要高的机械性能。

大多数已知的气凝胶是无机气凝胶，主要基于二氧化硅。尽管它们具有高的隔热性能，但由于其脆性和差的机械性能，观察到其缓慢的商业化过程。这种脆性可以通过不同的方法克服。例如，通过使气凝胶与有机聚合物交联或通过在凝胶后在预形成的湿凝胶纳米结构的整个内部多孔表面上流延薄的保形聚合物涂层。此外，无机气凝胶易碎、多尘且易于空气传播，因此不能承受机械应力。因此，有时它们被归类为有害物质。另外，由于它们的脆性，它们不适用于需要机械性能的一些应用。

另一方面，文献中也描述了不同的有机气凝胶。这些材料通常基于不同性质的聚合物网络，通过在溶液中交联单体以产生凝胶，随后将其干燥以获得多孔材料。有机气凝胶坚固且机械稳定，这对许多应用来讲是优势。然而，这些材料中的一些也可能具有缺点。

文献中描述的第一种有机气凝胶基于酚醛树脂，其也可用于通过热解制备碳气凝胶。间苯二酚-甲醛气凝胶是脆性的并且它们的固化过程需要很长时间(长达5天)，这导致了工业规模生产的缺点。其他重要的有机气凝胶基于使用多官能异氰酸酯制备的材料，其具有更快的固化过程，并且可以改变它们的机械性能。机械性能取决于与异氰酸酯部分反应的官能团，以及单体和/或低聚物的化学结构(即官能团数、芳族或脂族性质、空间位阻等)。

在热固性树脂中，已开发出聚苯并噁嗪以克服上述间苯二酚-甲醛树脂的许多局限性。聚苯并噁嗪不仅结合了间苯二酚-甲醛的优点(如固有的阻燃性和热性能)，而且还具有额外的特性，如聚合时的接近零体积变化、固化期间没有挥发性物质释放、低吸水性和低膨胀系数等。基于这些性质，现在认识到聚苯并噁嗪不仅仅被认为是传统酚醛树脂的替代材料，而是作为一类超出其他热固性树脂(包括环氧树脂和双马来酰亚胺树脂)的材料。

虽然纯聚苯并噁嗪具有多种优点，但它们是脆性材料。为了克服这个缺点，苯并噁嗪已与其他单体共聚合。可以调节所得共混物的性质以满足所需要求。苯并噁嗪和共聚单体如环氧树脂、二酐、二羧酸、二异氰酸酯和酚醛树脂的混合物是已知的。此外，在水性介质中合成的基于壳聚糖和聚苯并噁嗪的生物基交联聚合物也是本领域已知的。这些共聚物材料似乎可用于不同行业的应用中，如汽车、航空航天或电子。