[发明专利]大孔结构的聚合物气凝胶

说明书

公开了具有包含大孔的聚合物基质的大孔结构的聚合物气凝胶及其制造和使用方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月28日提交的美国临时申请第62/491813号和2017年5月19日提交的美国临时申请第62/508494号的优先权，其两者的全部内容通过引用并入而无需免责声明。

背景技术

A.发明领域

本公开涉及聚合物气凝胶的领域。特别地，本发明涉及一种聚合物气凝胶，其可以被构造成使得气凝胶中的大部分孔体积由大孔(直径大于50nm的大小的孔)组成。

B.相关技术说明

根据定义，凝胶是海绵状的三维固体网络，其孔中填充有另一种非气态物质，例如液体。凝胶的液体不能从凝胶结构中自由扩散，并且保留在凝胶的孔中。在干燥过程中表现出不受阻碍的收缩和内部孔塌陷的凝胶干燥提供了通常称为干凝胶的材料。

相比之下，在干燥过程中干燥且几乎没有收缩和内部孔塌陷的凝胶可以产生气凝胶。气凝胶的特征通常在于具有高孔隙率，大部分的孔体积由微孔(直径小于2nm大小的孔)和/或介孔(直径为2nm至50nm大小的孔)组成，高比表面积和相对低的密度。高孔隙率可以赋予气凝胶许多有用的特性，包括高表面积、低折射率、低介电常数、低热损失系数和低声速。尽管介孔和/或微孔结构的气凝胶具有有用的特性，但从经济和复杂性的角度来看，它们都可能难以制备。特别地，这样结构的气凝胶在加工期间(特别是在除去中间凝胶的液相的干燥阶段期间)可能具有塌陷的倾向，从而产生干凝胶。因此，可能将过多的时间和费用集中在气凝胶加工的干燥阶段。

此外，具有介孔和/或微孔结构基质的常规气凝胶可能缺乏机械耐久性。缺乏耐久性可能会对扩大生产规模、大规模制造、适应不规则表面或在动态条件下保持完整性产生负面影响。因此，柔韧性、可压缩性、完整性、耐用性、强度和抗撕裂性都是气凝胶潜在改进的领域。

发明内容

发现了提供比常规气凝胶具有改善的可制造性和可回收性的气凝胶。该发现以气凝胶为前提，该气凝胶被构造为在其聚合物基质中包含大孔(例如，直径大于50nm，大于50nm至5000nm，优选100nm至2000nm，更优选250nm至2000nm，甚至更优选500nm至1400nm，最优选约1200nm的孔)。出人意料地发现，大孔的存在可以帮助促进气凝胶的制造，因为大孔比介孔和微孔大，并且在制造的干燥阶段不大可能塌陷。与已知的介孔和/或微孔结构的气凝胶相比，这可以导致更经济有效且更简单的干燥过程，从而允许更具商业规模的过程。另外，大孔的存在可以改善形成的气凝胶的柔韧性、强度、气体渗透性和/或强度与密度之比中的任一个或全部。