[发明专利]用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶

说明书

本申请实施例公开了一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法、包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法包括：提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，第一温度≤0℃；用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，第二温度为0～220℃。本申请实施例的方法可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。

技术领域

本申请属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法以及包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。

背景技术

气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维多孔材料，是目前已知的密度最低的合成材料之一。大量纳米级细小气孔使气凝胶具有极小的表观密度和热导率，高的孔隙率和比表面积赋予气凝胶良好的轻质、隔热、隔音及高效吸附等性能。对位芳纶作为高性能纤维的代表，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数低等一系列优异性能，广泛应用于军事、航空航天、机电、建筑等领域。将对位芳纶制备成气凝胶无疑会赋予对位芳纶新的性能并大大扩展其应用范围。

目前制备对位芳纶纳米纤维气凝胶主要是将化学劈裂法制备的对位芳纶纳米纤维用有机介质(乙醇)置换成凝胶，然后再经过深冷(液氮)和低温冷冻干燥制备成气凝胶。

上述方法存在制备对位芳纶纳米纤维气凝胶过程需要多种有机介质，操作繁琐，条件苛刻，尤其是需要深冷冷冻及冷冻干燥等问题，导致制备气凝胶的过程不仅成本高而且难以连续大规模制备，不适于大规模生产对位芳纶纳米纤维气凝胶。

发明内容

本申请第一方面的实施例提供一种用于制备包含对位芳纶纳米纤维气凝胶的方法，包括：

提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量为0.5～5wt％，该包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶的固含量的50wt％以上由对位芳纶纳米纤维构成；

用于制备包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体的步骤，包括在第一温度下对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶进行冷冻处理，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，其中，第一温度≤0℃；

用于制备包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的步骤，包括在第二温度下干燥包含对位芳纶纳米纤维的冷冻体，从而得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶，其中，第二温度为0～220℃。

根据本申请的方法，通过对包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶在适当温度下进行冷冻、干燥处理，得到包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶。该方法通过控制上述水凝胶中对位芳纶纳米纤维的含量，可以简单有效地控制包含对位芳纶纳米纤维的气凝胶的孔隙率和力学强度。此外，根据本申请的方法操作条件简单，成本低，可以实现对位芳纶纳米纤维气凝胶的连续大规模制备。

在本申请方法的可选的实施方式中，提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶包括：将对位芳纶纳米纤维的水分散液进行脱水处理，以提供包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶，其中，对位芳纶纳米纤维的水分散液的固含量≥0.05wt％。

在本申请方法的可选的实施方式中，包含对位芳纶纳米纤维的水凝胶还包括第一组分，该第一组分选自对位芳纶短纤、间位芳纶短纤、聚酰亚胺纤维短纤、涤纶短纤、腈纶短纤、锦纶短纤、碳纤维短纤、石墨烯、碳纳米管及金属粉末中的至少一者。

在本申请方法的可选的实施方式中，上述金属粉末选自纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铝、微米级金粉、微米级银粉、微米级铜粉及微米级铝粉中的至少一者。