[发明专利]基于聚硅氧烷的气凝胶

说明书

本发明涉及通过使官能化的聚(二甲基硅氧烷)低聚物与脂族或芳族异氰酸酯化合物在催化剂和溶剂的存在下反应而获得的基于聚硅氧烷的气凝胶。根据本发明的基于聚硅氧烷的气凝胶提供高隔热材料，同时保持良好的机械性能和行为。

技术领域

本发明涉及基于聚硅氧烷的气凝胶，其通过使官能化的聚(二甲基硅氧烷)低聚物与脂族或芳族异氰酸酯化合物在溶剂和催化剂的存在下反应。根据本发明的基于聚硅氧烷的气凝胶提供高隔热材料，同时保持良好的机械性能。

背景技术

气凝胶是三维的低密度固体网络结构，其通常用超临界流体通过将填充孔隙的溶剂与气体交换来干燥湿凝胶而得到。通过这些方式，由于蒸发而由溶剂施加的毛细管力被最小化，并且实现了在纳米范围上具有大的内部空隙空间的结构。这些材料的高孔隙率和小孔径是其导热率非常低的原因，这使得气凝胶成为绝热应用的极具吸引力的材料。

在许多不同的应用中，绝热是重要的，以便节省能量并降低成本。这种应用的例子是建筑，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，材料的导热率必须非常低，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，还可能需要高机械性能。

与市场上常见的热绝缘体相比，气凝胶由于其纳米结构和气相对导热性的贡献降低，是具有非常低的导热率的轻质材料。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。

大多数已知的气凝胶是主要基于二氧化硅的无机气凝胶。尽管它们具有高的绝热性能，但由于其脆性和差的机械性能，已经观察到缓慢的商业化。这种脆性可以通过不同的方法克服。例如，通过用有机聚合物交联气凝胶或通过在预制的湿凝胶纳米结构的整个内部多孔表面上后凝胶化浇铸薄的保形聚合物涂层。此外，无机气凝胶易碎，多尘且容易气载，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，是通过在溶液中交联单体以产生凝胶，随后干燥以获得多孔材料而形成的。有机气凝胶坚固且机械稳定，这对于许多应用来说是优点。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，所述酚醛树脂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)，这导致工业规模生产的缺点。其他重要的有机气凝胶是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，并且它们的机械性能可以改变。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/或低聚物化学结构(即官能团数，芳族或脂族性质，空间位阻等)。此外，文献中还报道了许多由生物聚合物如纤维素制成的气凝胶。尽管这些材料更耐用并且具有更好的机械性能，但它们没有显示出高的绝热性能。

最近有使用粘土作为二氧化硅替代物的方法，因为它们是廉价的二氧化硅源。此外，与常规无机填料相比，来自粘土独特形态的大纵横比增强了许多性能，如阻隔性，耐燃性，两个方向上的机械性能增强，膜性能和聚合物共混物增容化。

因此，仍然需要具有改进的导热率和机械性能的其它气凝胶。

发明内容

本发明涉及基于聚硅氧烷的气凝胶，其通过使官能化的聚(二甲基硅氧烷)低聚物与脂族或芳族异氰酸酯化合物在催化剂和溶剂的存在下反应获得，其中所述官能化的聚(二甲基硅氧烷)低聚物选自以下组：

其中R¹选自C_mH_2m烷基或芳基，其中m为0-10，n为0-200的整数，p为1-20的整数。