[发明专利]聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法，目的是提供一种具有高比表面积、低热导率且力学性能良好的聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法。本发明气凝胶为聚有机硅氧烷多孔材料，其成分包括聚乙烯基聚甲基硅氧烷增强体和聚甲基倍半硅氧烷基体。制备方法包括制备高分子量的聚乙烯基甲基二甲氧基硅烷聚合物、配制均相溶胶、对溶胶进行凝胶及凝胶老化，对老化凝胶进行溶剂置换和超临界干燥四步。采用本发明所述方法制备的气凝胶力学性能良好，比表面积更高和热导率低，能够极大地推广氧化硅气凝胶材料的应用范围，本发明方法环保无毒，廉价经济。

技术领域

本发明涉及力学增强杂化氧化硅气凝胶技术领域，具体涉及一种聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法。

背景技术

氧化硅气凝胶是一类具有高孔隙率、低密度、高比表面积、低热导率和低介电常数的多功能材料。基于这些明显的优点，氧化硅气凝胶可应用到切伦科夫放射实验中，可作为阻隔太空光线和保温窗户的热绝缘材料，同时又可作为电池、催化剂、传感器和吸附剂的载体。此外，由于氧化硅气凝胶的低热导率和低密度等相对优势，又是极具吸引力的太空应用材料。

但是，纯氧化硅气凝胶具有较低的强度和较大的脆性，使其难以实现大规模的实际应用。原因是硅氧键合所形成的高孔隙率陶瓷相在一定程度上很难承受外部施加的力。针对这种现状，解决氧化硅气凝胶材料的脆性问题成为了材料应用的关键。目前，增强氧化硅气凝胶的网络骨架所采用的方法主要有三类：结构增强、聚合物增强和纤维增强。其中最为有效的方法是聚合物增强，这些聚合物增强的杂化氧化硅气凝胶相对于结构增强的氧化硅气凝胶来说，力学性能能够得到大幅度提升；相对于纤维增强的氧化硅气凝胶来说，具有不掉粉、不掉渣的优点。目前，这些聚合物主要有环氧、聚苯乙烯、聚脲、聚丙烯腈和聚氨酯等。根据文献报道，采用环氧聚合物增强的氧化硅气凝胶其密度控制在0.21～0.59g/cm³时，压缩强度表现为0.04～1.9MPa，但是环氧的引入也相对造成了气凝胶的比表面积出现明显地下降，最低为267m²/g。在隔热方面，环氧聚合物增强氧化硅气凝胶的热导率数值尚未得到报道【ACS Appl.Mater.Interfaces.2011,3,613-626；Chem.Mater.2005,17,1085-1098】。