[发明专利]一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法及制得的酚醛气凝胶

说明书

本发明涉及一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法及制得的酚醛气凝胶。所述方法包括如下步骤：(1)配制包含酚醛前驱体、硅烷偶联剂、催化剂和有机溶剂的前驱体溶液；(2)将所述前驱体溶液进行溶胶‑凝胶反应，得到酚醛凝胶；和(3)将所述酚醛凝胶常温晾置，然后在两个以上不同温度阶段进行常压干燥，制得酚醛气凝胶。本发明方法制备酚醛气凝胶的成本低、周期短以及工艺简单。本发明制得的酚醛气凝胶具有比表面积大且孔径小等优点，综合性能优异。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，涉及一种常压干燥法制备气凝胶的方法，特别是涉及一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法及制得的酚醛气凝胶。

背景技术

气凝胶材料由于其具有较高的比强度、比表面积以及更细小均匀的孔径，因此具有较好的隔热降噪等性能，成为备受全世界研究机构关注的研究热点之一。气凝胶材料主要分为无机气凝胶和有机气凝胶两大类，其中无机气凝胶主要成分是二氧化硅，这种类型的气凝胶使用温度不超过700℃，当温度较高时，例如火箭发动机高温部件温度达到上千度甚至更高，这种无机气凝胶会产生烧结引起收缩、微结构破坏，从而失去隔热性能。而相比于无机气凝胶，有机气凝胶尤其是酚醛气凝胶中含有碳元素，其具有较好的吸收热辐射的能力，这种作用在高温下尤其明显，酚醛气凝胶在高温作用下不会发生烧结收缩，而是进行碳化反应，生成碳气凝胶，这种碳气凝胶能够满足上千度保温要求。因此酚醛气凝胶材料的高温隔热性能明显优于无机气凝胶材料。

传统酚醛气凝胶的制备过程中，由于气凝胶骨架强度不高，常压干燥下，由于水的张力作用以及其它应力作用会导致骨架坍塌而使气凝胶制备失败，所以干燥步骤是一个制约其应用的主要问题，目前通常是采用超临界干燥的方法制备酚醛气凝胶，但该方法成本高、操作复杂、难度大，因此如何实现酚醛气凝胶的常压干燥技术，是本领域亟需解决的技术问题。

中国专利CN104177644B公开了一种制备聚酰亚胺改性酚醛气凝胶的方法，该方法先通过制备聚酰亚胺前驱体溶液，再与酚醛水凝胶进行反应，能够实现该酚醛气凝胶的常压干燥。但该方法制备过程复杂，步骤繁琐；此外，该方法还涉及繁琐的聚酰亚胺的制备，这无疑进一步增加了聚酰亚胺改性酚醛气凝胶制备过程的复杂性。师建军等人(参见：师建军,严蛟,孔磊等.基于普通酚醛树脂有机气凝胶的高效制备与研究[J].高分子学报,2016(2):179-186.)公开了一种基于普通酚醛树脂制备有机气凝胶的方法，该方法基于普通线性酚醛树脂体系，以六亚甲基四胺为交联剂，采用溶胶-凝胶法以及常压干燥的手段制备了酚醛树脂有机气凝胶，但是该方法制备的酚醛树脂有机气凝胶的比表面积小(44.39m²/g以下)、平均孔径大(100nm以上)，因此该酚醛树脂有机气凝胶的隔热隔音性能较差。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法及制得的酚醛气凝胶，以至少解决现有技术中酚醛气凝胶强度低导致常压干燥困难、现有实现常压干燥法制备酚醛气凝胶的制备过程复杂以及现有常压干燥法得到的酚醛气凝胶性能不佳等的问题。本发明方法制备酚醛气凝胶的成本低、周期短以及工艺简单；本发明制得的酚醛气凝胶具有比表面积大且孔径小等优点，综合性能优异。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种常压干燥法制备酚醛气凝胶的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配制包含酚醛前驱体、硅烷偶联剂、催化剂和有机溶剂的前驱体溶液；

(2)将所述前驱体溶液进行溶胶-凝胶反应，得到酚醛凝胶；和

(3)将所述酚醛凝胶常温晾置，然后在两个以上不同温度阶段进行常压干燥，制得酚醛气凝胶。

优选地，所述硅烷偶联剂选自由3-氯丙基三氯硅烷、3-氯丙基甲基二氯硅烷、3-氯丙基二甲基氯硅烷、3-氯丙基烷氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、硫氰基丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三叔丁基过氧三乙氧基硅烷组成的组。