[发明专利]一种累托石基阻燃气凝胶及其制备和应用

说明书

本发明涉及气凝胶阻燃材料技术领域，具体提供了一种累托石基阻燃气凝胶，包括聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶、以及原位复合在该复合气凝胶中的累托石@纤维素纳米晶复合材料；所述的累托石@纤维素纳米晶复合材料包括二维的累托石以及复合在其层间和/或表面的一维纤维素纳米晶。本发明还提供了所述的阻燃气凝胶的制备方法，其创新地预先将纤维素纳米晶对累托石进行自组装改性，随后再进行苯胺原位聚合以及PVA的互掺改性，最后冷冻干燥得到所述的阻燃气凝胶。本发明所述的阻燃气凝胶，具有优异的机械性能和阻燃性能。

技术领域

本发明属于粘土深加工领域，更加具体地说，涉及一种累托石基超弹性、柔韧性阻燃气凝胶的制备方法。

背景技术

粘土矿物的功能化和高值化利用对提高我国经济效益和社会效益具有十分重要的意义。其中，我国大型累托石矿床的数量占世界第一位，具有明显的资源优势。累托石是一种由二八面体蒙脱石层(2:1型)和二八面体云母层(2:1型)以1:1比例组合而成的规则混层粘土矿物。其中的蒙脱石层使得累托石具有离子交换性、膨胀性、悬浮性等特点，在水中易形成稳定的悬浮体系。但累托石以粉末状态存在，易团聚，难于直接应用于阻燃领域。目前，将累托石用作阻燃添加剂制备成各种复合材料的研究仍然较少。

气凝胶材料作为一种新兴材料，具有高孔隙率(80-99.8％)、高比表面积(120-1000cm²·g^-1)、低密度(0.001-0.5g·cm^-3)、低导热率(约0.005W·m^-1·k^-1)等优良特性，可广泛应用于航空航天、工业、建筑、阻燃等多个领域。

粘土气凝胶作为一种绿色环保型气凝胶，其制备原料丰富价格低廉、制备工艺简单环保，制备过程中不会对环境造成二次污染，具有广阔的应用前景和实用价值。但是一般的粘土气凝胶力学性能较差，在受到外力时容易发生结构坍塌，层间剥离等情况，极大地限制了粘土基气凝胶的使用范围。到现在为止已经有许多研究者尝试采用多种方法来增强粘土气凝胶材料的机械强度，如：添加纤维、聚合物等。但是大量聚合物的加入会使得材料的阻燃隔热性能急剧降低，而聚合物添加太少又不足以改善其机械性能。因此，在不降低粘土气凝胶阻燃性能的前提下，提升粘土气凝胶的机械性能仍是一项重大挑战。

发明内容

为解决传统粘土基气凝胶材料强度低、脆性大、易断裂、不具备弹性、机械性能不理想等缺陷，本发明第一目的在于，提供一种累托石基超弹性、柔韧性阻燃气凝胶，旨在提供一种具有良好机械性能、优异阻燃性能的累托石基气凝胶。

本发明第二目的在于，提供一种累托石基阻燃气凝胶的制备方法，旨在制得所述机械性能优异、阻燃性能优异的累托石基阻燃气凝胶。

本发明第三目的在于，提供所述的累托石基阻燃气凝胶在阻燃防火材料中的应用。

不同于其他黏土，累托石结构以及性质特殊，容易团聚，很难分散开，与其他有机溶剂的兼容性差，制备出的气凝胶容易分层，因而，很难制备出结构均一，性能稳定的气凝胶。为此，本发明人经过深入研究，提供以下方案：

一种累托石基阻燃气凝胶，包括聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶、以及原位复合在该复合气凝胶中的累托石@纤维素纳米晶复合材料；

所述的累托石@纤维素纳米晶复合材料包括二维的累托石以及复合在其层间和/或表面的一维纤维素纳米晶。

本发明研究发现，创新地在聚苯胺、聚乙烯醇的复合气凝胶中原位复合所述的累托石@纤维素纳米晶复合材料，有助于协同改善阻燃性能，并改善材料的机械性能，赋予所述的材料良好的弹性、柔性，使其在行业内首次实现弯曲、折叠以及压缩等性能。