[发明专利]具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料及其制备方法。所述具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料的制备方法，将以水溶性树脂为骨架其中均匀分散有适量水的预制体加热使树脂熔融水汽化并维持其形态不变；然后通过膨化增大体积至达到所需的孔隙率；冷却得到具有纳米多孔聚合物骨架结构的水溶性树脂隔热保温材料。

技术领域

本发明属于隔热材料加工与应用领域，主要涉及一种具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料及其制备方法。

背景技术

现有的隔热保温材料一般是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度小的固体材料之一。该类保温材料于20世纪30年代由Kistler教授首先制得。由于其制备过程烦琐而冗长，价格昂贵且易脆等缺点，在很长一段时间内没有引起关注。自20世纪70年代以来，随着溶胶-凝胶技术的快速发展，以二氧化硅为主的无机隔热保温材料、以间苯二酚/甲醛和三聚氰胺/甲醛缩聚物为代表的合成聚合物隔热保温材料的研究和开发获得了广泛的关注。该类保温材料内大量纳米尺寸的开孔结构赋予了材料超高孔隙率(80％～99.8％)、高比表面积(100～1600m²/g)、超低密度(0.004～0.500g/cm³)等特性，使之在光学、电学、声学、热学和催化等众多领域具有广阔的应用前景。

由专利CN107034678B提出在制备时，通过聚氨酯预聚物部分交联得到聚氨酯溶胶，其次将二氧化硅溶胶浸润玻纤毡后形成的凝胶浸入聚氨酯溶胶后使聚氨酯溶胶转化为凝胶，得到玻纤毡硅凝胶与聚氨酯的复合凝胶，最后采用常压干燥或超临界干燥制得聚氨酯与二氧化硅复合绝热材料。由CN104974318B提出将壳聚糖、酸、填充物、酚类与醛类在水或水/无水乙醇混合溶液混合，进行水热反应后得到酚醛树脂有机凝胶，将酚醛树脂有机凝胶浸泡在有机溶剂中进行置换，超临界CO₂干燥后得到酚醛树脂隔热保温材料。由CN105859320A提出首先制备硅溶胶体系，将三聚氰胺泡沫放入模具内，硅溶胶体系浇注并静置老化，再清洗置换、干燥、热处理，得到轻质三聚氰胺气凝胶毡。

上述现有的隔热保温材料工艺中均为针对隔热保温材料的制备溶胶凝胶工艺进行的改善，并没有在干燥方法上提出创新，针对上述工艺存在的问题，本发明人基于长期的实践经验及丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终发明一种胶黏剂高温膨化制备隔热保温材料的方法，以解决现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供的具有纳米多孔结构的水溶性树脂隔热保温材料的制备方法，包括将以水溶性树脂为骨架其中均匀分散有适量水的预制体加热使树脂熔融水汽化并维持其形态不变；然后通过膨化增大体积至达到所需的孔隙率；冷却得到具有纳米多孔聚合物骨架结构的水溶性树脂隔热保温材料。本公开的方法所制备的具有纳米级孔径的隔热保温材料孔隙率为80～99.8％。所述孔径尺寸在0.5～999nm范围可调。

使预制体中有适量的水，其能在一定温度下汽化使得预制体膨化成孔。水含量太高容易导致孔径太大或者孔径分布不均，水含量太少容易导致膨化的程度不够或者膨化不成功，所以将水含量控制在一定范围内有利于材料孔径均匀分布和控制其孔径大小，提高材料的保温隔热性能。在水汽化使材料体积保持不变、即不发生膨化，可以控制孔径大小和孔径分布。所述维持其形态不变是指使水汽化但不发生膨化。可以通过控制在该加热使溶剂汽化过程中使材料体积不变来实现维持其形态不变。

一个方案中，将水溶性树脂原料溶于水形成水含量占总量5～40wt％的预制体；将所述预制体加热使水汽化并维持其形态基本不变；通过膨化增大材料体积至达到所需的孔隙率，得到具有纳米多孔骨架结构的隔热保温材料。