[发明专利]一种具备主动被动结构的复合超隔热气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种具备主动被动结构的复合超隔热气凝胶及其制备方法，该气凝胶同时含有主动吸热结构与被动隔热结构，主动吸热结构为偶氮苯聚合物与环糊精聚合物包合结构，被动隔热结构为具有多级尺寸的气凝胶开放孔结构，基材为两种及两种以上亲水聚合物，其中，主体聚合物为多个环糊精聚合物，客体聚合物为偶氮苯基团聚合物。本发明同时含有主动吸热结构与被动隔热结构的气凝胶，具有轻质、低热导率、以及高温环境下的超隔热性能，因此在保温隔热领域，特别是高温环境下隔热应用具有巨大的潜力。

技术领域

本发明属于复合材料隔热领域，尤其涉及一种兼具主动吸收和被动隔热 结构的超隔热气凝胶，以及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，隔热材料得到迅速发展，温度和传热控制在许多领域都极为 重要。特别是对消防员和太空人来说，常会遭遇较为极端的高温环境，迫 切的需要高效的隔热材料。另外，高海拔地区或沙漠地区也存在特殊的强 紫外线辐射和高温环境，需要性能优越的隔热材料。

常见的隔热材料可分为两类。一类为多孔结构的被动式隔热材料，包 括纤维、泡沫、气凝胶等。其中，气凝胶由于低密度和高度多孔的特殊结 构可极大的降低热对流以及热传导效应，因而表现出优秀的隔热性而备受 关注。近年来的部分研究工作甚至制备出了热导率小于空气(热导率 0.026W/mK)气凝胶隔热材料(Ghaffari Mosanenzadeh,S.；Alshrah，M.； Saadatnia,Z.Double Dianhydride Backbone Polyimide Aerogels withEnhanced Thermal Insulation for High-Temperature Applications. MacromolecularMaterials and Engineering,2020,305,1900777； Qin,Y.；Peng,Q.；Zhu，Y.Lightweight,mechanically flexible and thermally superinsulating rGO/POlyimidenanocomposite foam with an anisotropic microstrucure.Nanoscale Advances,2019,1,4895-4903.)。 但是，需要特别注意的是，当环境温度较高时，热量可不通过空气，直接通过热辐射进行传播。此时，即使气凝胶材料的热导率低于空气 (0.03W/mK)，甚至接近真空，仍不能有效的阻隔热量。

第二类隔热材料一般为相变材料。相变材料是指在一定温度范围内会 发生相态转变，从而消耗热能的材料。利用相变材料这一特性，可以很好 的吸收热量，隔绝温度。但由于相变材料一般通过固态向液态的转变吸收 热量，在应用时，液态形态的出现为其储存和使用都带来诸多不便。近年 来，有少数研究将多孔材料作为一种封装容器，将相变材料存储在其中， 在隔热领域进行应用。但相变材料的漏液流失总是难以避免的。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种具备主动 被动结构的复合超隔热气凝胶及其制备方法，这种气凝胶同时含有主动吸 热与被动隔热结构，主动吸热结构为偶氮苯与环糊精包合结构，被动热防 护结构为具有多级尺寸的气凝胶开放孔结构。

本发明采用如下技术方案：

一种具备主动被动结构的复合超隔热气凝胶，同时含有主动吸热结构 与被动隔热结构，主动吸热结构为偶氮苯与环糊精包合结构，被动热防护 结构为具有多级尺寸的气凝胶开放孔结构。

具备主动被动结构的复合超隔热气凝胶的基材为两种或两种以上亲 水聚合物，其中带有多个环糊精的聚合物称为主体聚合物，带有多个偶氮 苯基团的聚合物称为客体聚合物。

主体聚合物上带有大于10个环糊精基团，客体聚合物上带有大于10 个偶氮苯基团，并且环糊精基团和偶氮苯基团的摩尔比为1:1-1:5。

环糊精基团与偶氮苯基团之间产生了主客体包合。