[发明专利]一种各向异性聚乙烯醇气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种各向异性聚乙烯醇气凝胶材料及其制备方法，属于气凝胶材料领域。本发明提供了一种各向异性聚乙烯醇气凝胶的制备方法，它包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中，得聚乙烯醇水溶液；(2)将步骤(1)制备的聚乙烯醇水溶液倒入模具中，再将模具放入装有冷冻液的容器中冷冻，冻成固体后，冷冻干燥，即得各向异性聚乙烯醇气凝胶材料。本发明采用特定的冷冻法制备了聚乙烯醇气凝胶材料，采用冷冻液对聚乙烯醇水溶液进行特定方向冷冻，通过控制冷冻方向，制备出的气凝胶材料具有各向异性的结构与性能。该聚乙烯醇气凝胶材料在物质吸附、物质分离、隔热防护、声阻尼、催化剂和药物载体等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于气凝胶材料领域，具体涉及一种具有各向异性的聚乙烯醇气凝胶材料。

背景技术

气凝胶是一种以空气介质填充其内部大部分空间的新型固体多孔材料，具有极低的密度、很高的孔隙率、低的热导率等特点，在隔热材料、气体分离和过滤、催化剂和药物载体、物质吸附和声阻尼等领域中有着广泛的应用前景。

聚乙烯醇(PVA)是一种无毒、无腐蚀性、可生物降解的水溶性有机聚合物。聚乙烯醇气凝胶是以聚乙烯醇材料为主体的有机气凝胶。与无机气凝胶相比，聚乙烯醇气凝胶具有良好的韧性，可生物降解、可水溶解，同时拥有低的热导率和优异的隔热性能。由于聚乙烯醇气凝胶拥有优异的综合性能，使其在隔热、隔音、气体分离、催化剂载体、物质吸附等领域有着广阔的应用前景。

冷冻法制备PVA气凝胶是通过冷冻降温，使聚乙烯醇水溶液中水和聚合物发生相分离，溶液中的水形成冰晶，PVA形成三维网络结构。通过冷冻干燥，冰晶占据的空间成为孔洞，从而得到PVA气凝胶。作为一种制备PVA气凝胶的新方法，冷冻法制备PVA气凝胶受到众多科研人员的关注。

目前制备得到的PVA气凝胶为各向同性的，这种气凝胶的力学性能等都是各向同性的，使其不能满足某些复杂应用条件下对材料各个方向不同性能的需求，这严重限制了PVA气凝胶的使用范围。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种各向异性的聚乙烯醇气凝胶材料。

本发明还提供一种上述聚乙烯醇气凝胶材料的制备方法。

本发明提供了一种各向异性聚乙烯醇气凝胶的制备方法，它包括如下步骤：

(1)将聚乙烯醇溶于去离子水中，得聚乙烯醇水溶液；

(2)将步骤(1)制备的聚乙烯醇水溶液倒入模具中，再将模具放入装有冷冻液的容器中冷冻，冻成固体后，冷冻干燥，即得各向异性聚乙烯醇气凝胶材料。

其中，步骤(1)中，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为2～15wt％。

优选地，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为4～12wt％。

更优选地，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为6～10wt％。

其中，步骤(2)中，所述冷冻液为干冰与有机溶剂的混合物。

其中，所述有机溶剂为甲醇、丙酮、乙醇、正丙醇或正丁醇。

优选地，所述有机溶剂为乙醇。

其中，步骤(2)中，所述冷冻液的温度为-20℃～-78℃。

优选地，所述冷冻液的温度为-30～-70℃。

更优选地，所述冷冻液的温度为-60～-70℃。

其中，步骤(2)中，所述冷冻干燥的条件为：温度为-40～-50℃，压力为10～20Pa，时间为72～80h。

其中，步骤(2)中，所述冷冻液的液面高于模具中聚乙烯醇水溶液的液面。