[发明专利]用于有机单片凝胶的隔热组合物及其用途和制备方法

说明书

本发明涉及一种胶化碳基组合物，用于形成一种能够通过热分解形成多孔单片碳的有机聚合单片凝胶，并涉及该组合物的用途，还涉及一种制备该碳基组合物的方法。根据本发明的组合物基于一种至少部分源自于(聚)酚R和(聚)甲醛F的树脂，具有小于或等于40mW.m^‑1.K^‑1的热导率，并且所述胶化碳基组合物包含至少一种水溶性阳离子聚电解质P。一种制备这种组合物的方法，包括：a)为了得到一种基于上述树脂的溶液，在所述至少一种阳离子聚电解质P和催化剂的存在下，将所述(聚)酚R和(聚)甲醛F溶解于一种水溶剂W中进行聚合反应，b)将步骤a)中所得的溶液进行胶化，从而得到一种所述树脂的凝胶，然后c)将步骤b)中所得的凝胶进行干燥，从而得到所述有机聚合单片凝胶。

技术领域

本发明涉及一种胶化碳基组合物，用于形成一种能够通过热分解形成多孔单片碳的有机聚合单片凝胶，并涉及该组合物的用途，还涉及一种制备该碳基组合物的方法。本发明尤其适用于这些有机凝胶的获得，例如气凝胶；并且适用于这些具有很低密度、大比表面积和高孔隙体积的单片碳的获得，并将其作为超级绝热材料使用(即通常具有小于或等于大约40mW.m^-1.K^-1的热导率)。

背景技术

气凝胶是多孔材料，在胶化和随后对凝胶的干燥之后而获得，干燥过程中，作为溶剂的液体已经被替换为气体或气体混合物。这些材料以非常低的密度(或高的孔隙体积)作为热绝缘体的应用是非常具有前景的。这是因为，它们的纳米孔隙使得限制包含在孔中的空气的对流效应成为可能。

然而，很低密度的气凝胶的制备方法是复杂的，这是由于其有限的机械性能，至今不允许常规烘箱干燥，特别是由于烘箱干燥过程中溶剂的蒸发而产生了材料中的内应力，破坏了其纳米结构并产生了宏观裂缝。这就是为何使用超临界CO₂进行干燥是生产这些低密度气凝胶的惯用手段。本方法给出了关于纳米结构稳定性的不错的结果，但其具有不利于该气凝胶的制造成本的缺点。

二氧化硅气凝胶，其作为超级热绝缘体的应用已经被进行了最广泛的研究(这些气凝胶可具有大约0.015至0.020W.m^-1.K^-1的热导率)，并没有避免这些结果。于是，采用常规烘箱干燥，这些二氧化硅凝胶将遭受大量的致密化和其纳米结构的损失。此外，这些凝胶的开裂会产生粉末，由于二氧化硅纳米粒子粉末的释放，会带来毒性问题。研究工作已经集中于对其表面化学性质进行改性后的二氧化硅气凝胶的弹性回复效应，还集中于使用惰性基团对硅醇基进行替代，使得其在蒸发干燥之后呈现出可逆致密化成为可能。

该原理已经允许以超级绝热纳米气凝胶的形式进行低密度二氧化硅粉末的工业生产，但是并不允许稳定的单片材料的合成，与大比表面积的有机气凝胶对比，其本身作为超级热绝缘体的使用是很有前景的。

以已知的方式，这些有机气凝胶通常由一种间苯二酚-甲醛RF树脂制备，其具有以下优点：成本低廉，能够得到一种能在水中使用的凝胶，能够具有取决于制备条件各种孔隙率值和密度值(例如，根据试剂R、F和催化剂之间的配比)。此外，这些有机气凝胶能以大比表面积的碳的形式被热分解，具有吸收红外辐射和在高温下具有低热导率的优点。另一方面，这些由前体缩聚而成的化学凝胶是不可逆的并且因此不能被重新利用。此外，在高转化率下，这些凝胶成为疏水的而后沉淀析出，其包含机械应力于这些材料中，并且增加了其易碎性。

至于二氧化硅气凝胶，为了获得很低密度的有机单片气凝胶，对这些气凝胶使用一种足够温和的能避免该纳米结构的破裂或收缩并且能避免比表面积的损失的干燥技术是必要的。这种干燥方法通常是通过与乙醇进行溶剂交换，随后通过超临界CO₂法干燥来实施的。例如，文件US-A-4 997 804提到的一种基于间苯二酚-甲醛树脂制备这种有机单片气凝胶的方法的说明，其使用了借助于溶剂交换并且随后借助于超临界流体的这种干燥方法。

如前所述，该干燥技术的一个主要缺点是其实施复杂并且成本高昂。

发明内容