[发明专利]一种缩合型有机硅树脂气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提出一种缩合型有机硅树脂气凝胶及其制备方法，在凝胶催化剂的催化下，由羟基封端硅树脂与硅氧烷交联剂进行缩合聚合反应，经凝胶、老化后的湿凝胶再经溶剂置换、超临界干燥和后固化处理得到。本发明通过将硅氧烷交联剂、凝胶催化剂引入到羟基封端硅树脂的溶液中，制备出了具有交联网络结构的缩合型有机硅树脂湿凝胶，再经溶剂置换，超临界干燥，后固化制备了缩合型有机硅树脂气凝胶，解决了现有技术无法采用商品化羟基封端硅树脂制备出湿凝胶，进而无法制备出缩合型有机硅树脂气凝胶的技术难题。

技术领域

本发明涉及一种缩合型有机硅树脂气凝胶及其制备方法，属于气凝胶制备技术领域。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构的一种高分散固态纳米材料，具有低密度、高比表面积、低热导率等特点,在航天飞行器热控系统、民用保温等领域具有非常广阔的应用前景。

缩合型有机硅树脂是一种具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷，以硅氧原子交替连接作为主链结构，侧链连接有机基团，因此兼具有机树脂与无机材料的双重特性。由于其优异的耐热、耐寒、电绝缘、耐电晕、耐辐射、耐潮湿和憎水、耐候及耐化学腐蚀等性能，在耐火材料、耐热材料、高温涂料以及飞行器防隔热材料等方面获得了广泛的应用。目前，缩合型有机硅树脂主要用作致密材料的树脂基底，主要起到耐烧蚀的作用。将缩合型有机硅树脂制备成气凝胶，利用有机硅树脂优异的耐烧蚀(烧蚀后残重率可达50％，生成的SiO₂纳米颗粒可起到优异的隔热性能)、抗氧化性能，结合溶胶-凝胶工艺方法，实现有机硅耐烧蚀树脂纳米多孔结构的构筑，将多孔纳米结构隔热功能和烧蚀防热功能有机结合，可作为新型轻质高性能烧蚀防隔热复合材料的树脂基体，在深空探测飞行器外防热等领域具有潜在的应用前景。

目前，国内外尚没有使用商品化的羟基封端硅树脂制备缩合型有机硅树脂气凝胶的公开报道，其技术难点在于商品化的羟基封端硅树脂一般羟基反应程度较高，残留的羟基含量较少，分子间的活性基团(-OH)距离较远，往往需要在200℃以上数小时才能使树脂固化。而制备缩合型有机硅树脂气凝胶需要先在溶液中制备湿凝胶，溶液中羟基含量会更低，导致商品化的羟基封端硅树脂在溶液中很难固化形成湿凝胶，进而无法制备出缩合型有机硅树脂气凝胶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种制备成本低、适用范围广、工艺简单、操作方便和适于工业化生产的缩合型有机硅树脂气凝胶及其制备方法。

本发明的技术解决方案：一种缩合型有机硅树脂气凝胶，在凝胶催化剂的催化下，由羟基封端硅树脂与硅氧烷交联剂进行缩合聚合反应，经凝胶、老化后的湿凝胶再经溶剂置换、超临界干燥和后固化处理得到；

所述的硅氧烷交联剂占羟基封端硅树脂质量百分比为5％～30％。

一种缩合型有机硅树脂气凝胶制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备缩合型有机硅树脂湿凝胶，

A1.1、将羟基封端硅树脂、硅氧烷交联剂和凝胶催化剂混合均匀进行缩合聚合反应；

A1.2、缩合聚合反应体系凝胶后，老化，得到交联的缩合型有机硅树脂湿凝胶；

第二步，第一步制备缩合型有机硅树脂湿凝胶进行溶剂置换、超临界干燥，得到缩合型有机硅树脂气凝胶；

第三步，对第二步得到缩合型有机硅树脂气凝胶进行后固化处理。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明通过将硅氧烷交联剂、凝胶催化剂引入到羟基封端硅树脂的溶液中，制备出了具有交联网络结构的缩合型有机硅树脂湿凝胶，再经溶剂置换，超临界干燥，后固化制备了缩合型有机硅树脂气凝胶，解决了现有技术无法采用商品化羟基封端硅树脂制备出湿凝胶，进而无法制备出缩合型有机硅树脂气凝胶的技术难题；