[发明专利]二氧化硅改性PVDF气凝胶、制备方法以及包括其的气凝胶制品

说明书

本发明提供了一种二氧化硅改性PVDF气凝胶、制备方法以及包括其的气凝胶制品，涉及介质材料技术领域。该二氧化硅改性PVDF气凝胶的制备方法为将偏氟乙烯溶解于有机溶液中，并加入前驱体硅源混匀制得前驱体溶液，然后将前驱体溶液进行水解制得前驱体溶胶并静置陈化，随后对陈化后的前驱体溶胶进行溶剂置换和干燥，制得二氧化硅改性PVDF气凝胶。该气凝胶在制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，由于聚偏氟乙烯具有非常好的耐高温和耐酸碱性，可以显著提高本申请气凝胶材料的耐高温、耐酸碱性能，进而满足现有将气凝胶作为隔热保温材料在高温和化学成分复杂的环境下应用的需求。

技术领域

本发明涉及介质材料技术领域，尤其是涉及一种二氧化硅改性PVDF气凝胶、制备方法以及包括其的气凝胶制品。

背景技术

气凝胶具有低密度、高比表面积、高孔隙率等特点，被誉为“改变世界的神奇材料”。由于气凝胶中存在大量的纳米级孔洞，使其具有卓越的保温隔热性能，是导热系数极低的固体材料，其导热系数在常温下约为0.013W/(m·K)，比静态空气的还低。同时气凝胶还具有稳定性高、绿色环保等特点，通过改性之后具有良好的疏水效果，在液化天然气(LNG)管道、储罐及船舶等低温保冷领域皆有巨大的应用前景。

但是气凝胶的密度很低仅有0.03-0.38g/cc，另外它还具有超过95％的孔隙率，纳米级孔径中充满了气体，这些结构特点特别适用于隔热和保温，其中：低密度和充满空气的微孔可减少传导带来的能量损失，弯曲的纳米级小孔可将对流最小化。尽管气凝胶具有上述优异的性能，其本身的低密度和高孔隙率却导致气凝胶的机械强度非常低，易于破碎，从而限制了其应用范围在小规模实验和基础研究之中，如想在特殊领域利用气凝胶作为隔热和保温材料，其耐高温、耐酸碱性能必须加以改进。

因此，研究开发出一种在保持气凝胶优异性能的同时，又能显著提高气凝胶材料的耐高温、耐酸碱性能的的气凝胶产品，以满足现有将气凝胶作为隔热保温材料在高温和化学成分复杂的环境下应用的需求，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种二氧化硅改性PVDF气凝胶的制备方法，所述气凝胶的制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，由于聚偏氟乙烯具有非常好的耐高温和耐酸碱性，因此可以显著提高本申请气凝胶材料的耐高温、耐酸碱性能，进而满足现有将气凝胶作为隔热保温材料在高温和化学成分复杂的环境下应用的需求。

本发明的第二目的在于提供一种二氧化硅改性PVDF气凝胶，该气凝胶由上述二氧化硅改性PVDF气凝胶的制备方法制得，由上述方法制得的二氧化硅改性PVDF气凝胶，其耐高温性能可以达到≥300℃，比表面积在300～700m²/g，导热系数在≤0.03W/(m·K)，同时还具有很好的耐酸碱性能。

本发明的第三目的在于提供一种气凝胶制品，该气凝胶制品包括上述二氧化硅改性PVDF气凝胶，所述气凝胶制品包括但不限于气凝胶毡等。

本发明提供的一种二氧化硅改性PVDF气凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

首先，将偏氟乙烯溶解于有机溶液中，并加入前驱体硅源混匀制得前驱体溶液，然后将前驱体溶液进行水解制得前驱体溶胶并静置陈化，随后对陈化后的前驱体溶胶进行溶剂置换和干燥，制得二氧化硅改性PVDF气凝胶。

进一步的，所述有机溶液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种。

优选的，所述前驱体硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠溶液。

进一步的，所述偏氟乙烯、有机溶液和前驱体硅源的质量比为1:(5～8):(1～1.5)。

进一步的，所述前驱体溶液进行水解的方法为：在搅拌的条件下，将水以滴加的方式加入到前驱体溶液中；