[发明专利]一种具有红外反射功能的阻燃气凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种具有红外反射功能的阻燃气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

保温防护材料在当今国防军工和民用隔热的诸多领域起着不可或缺的作用，在航天飞行器、导弹防隔热结构、建筑家装、工业加热设备等方面都可见其应用。目前市场上常见的隔热材料主要为阻隔隔热保温材料，通过减少热传导和热对流，达到保温效果，多为有机高分子泡沫如挤塑板(XPS)、发泡聚苯板(EPS)、聚氨酯等。这类保温材料的保温效率通常不高，需要较多的材料获得较佳的保温效果。尤其在国防军工领域，低保温效率会大幅增大高科技武器装备的负重，使其综合性能受到影响。

现有隔热材料保温效率不高的一个重要原因在于该类材料无法有效地减少辐射传热。在现实工业中，通常使用光热反射材料减少辐射传热，提升传统保温材料的保温效率。此类反射材料一般为无机颜料(TiO2、ZrO2等)，以有机高分子作为基料共同使用，通过反射体系内外部的红外线及可见光，减轻保温材料隔热负担。但此方法只是变相地通过引入光热反射材料减少阻隔保温材料的使用；对于整个保温体系而言，其单位体积或质量的保温效率并没有得到显著提升。

提升保温效率的另一种途径是设计合成具有低导热系数的新型保温材料。气凝胶作为近年来兴起的“超级”保温材料，导热系数远低于常见保温泡沫。传统气凝胶以二氧化硅气凝胶为代表，虽本质不燃且导热系数较低，但力学性能不佳，缺乏韧性在使用中容易断裂。有机聚合物气凝胶(如纤维素气凝胶、多糖气凝胶等)可有效地解决无机气凝胶的脆性缺陷。但与有机泡沫类似，大部分有机气凝胶均易燃烧，燃烧后难以被扑灭，存在着很大的火安全隐患，致使其在隔热防护市场、尤其是建筑保温市场应用严重受限。

如果一种气凝胶具有红外反射功能，其保温效率将在气凝胶本身低导热系数的基础上进一步提高，但这种气凝胶至今在国内外未见报道。同时力学性能与阻燃性能之间的矛盾严重限制了气凝胶在保温领域的应用。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，采用难燃聚苯胺和难燃海藻酸钠为原料制备的聚合物气凝胶具有力学性能优秀、低导热系数、高红外反射率与本质阻燃等优点，基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有红外反射功能的阻燃聚合物气凝胶，所述气凝胶中含聚苯胺30～80wt％，余量为海藻酸钠。

优选的是，所述气凝胶密度介于0.05～0.15g/cm³，比表面积介于100～500m²/g，压缩模量介于0.5～5MPa、红外反射率介于20～60％，导热系数介于0.015-0.04W/mK。

本发明还提供一种制备上述的具有红外反射功能的阻燃聚合物气凝胶的方法，包括以下步骤：

步骤一、配制海藻酸钠溶液，按重量份，取100份海藻酸钠溶液，然后在0～4℃下向海藻酸钠溶液中加入100份苯胺溶液，继续搅拌2～5h使其溶解，得混合溶液；在0～4℃下，将100份过硫酸铵溶液加入混合溶液中，搅拌；然后保持温度不变静置18～36h，得到水凝胶；

步骤二、将得到的水凝胶加入装有新鲜去离子水的容器中进行浸泡洗涤，每天更换新鲜去离子水，持续3～6天；

步骤三、将浸泡洗涤后的水凝胶干燥，得到具有红外反射功能的阻燃聚合物气凝胶。

优选的是，所述步骤一中海藻酸钠溶液的浓度为1.5～18wt％，苯胺溶液的浓度为1.5～18wt％；所述过硫酸铵溶液的浓度为0.75～9wt％。

优选的是，所述步骤一中搅拌的速度为800～1000r/min。

优选的是，所述干燥采用冷冻干燥或超临界干燥；所述冷冻干燥的温度为-190～-200℃；所述超临界干燥前将浸泡洗涤后的水凝胶加入装有新鲜乙醇的容器中进行溶剂交换，每天更换新鲜乙醇，持续5～8天，得到乙醇凝胶；然后将乙醇凝胶进行超临界干燥，超临界干燥的温度为45℃，压力为200Bar。

优选的是，在所述步骤一中施加超声波；所述超声波的功率调节范围在800～1500W，超声频率在25～50KHz。