[发明专利]功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用；该功能性超分子气凝胶为双组分水凝胶经冷冻和冷冻干燥后制成，双组分水凝胶原料包括原料A和原料B。此外，本发明还提供一种制备上述气凝胶的方法、应用上述气凝胶的方法、一种用于隔音的功能性超分子气凝胶和一种用于有机溶剂吸收的功能性超分子气凝胶。本发明以有机小分子为胶凝剂原料创造性地得到了具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶，该超分子气凝胶为具有与双组分水凝胶体积相同且密度调控范围下限为4mg/cm³的弹性固体材料，具有良好的可逆性和刺激响应性，易于降解，在隔音、有机溶剂吸收等领域展现出巨大优势，具有制备方法简单、成本低廉、节能环保等特点。

技术领域

本发明属于气凝胶技术领域，具体涉及功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶是气体取代液体在凝胶三维网络骨架孔隙中的位置而形成的一种复合体系，作为一种超多孔材料，气凝胶材料被誉为“21世纪改变世界的神奇材料”，其独特的结构使其具备众多优异特性，有着广泛的应用前景。气凝胶按照成分组成可分为无机氧化物气凝胶、有机气凝胶、金属气凝胶等，目前对于气凝胶的研究大多集中于碳类、硅类和高分子聚合物气凝胶，往往具有造价高昂、方法复杂和产品功能多样性较差等缺陷，提供一种更易于实现且功能化程度更高的气凝胶的制备方法，是推进气凝胶工业化应用进程的重要途径之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供功能性超分子气凝胶、其制备方法和应用。本发明以有机小分子为胶凝剂原料创造性地得到了具有三维超分子网络结构的超分子气凝胶，该超分子气凝胶为具有与双组分水凝胶体积相同且密度调控范围下限为4mg/cm³的弹性固体材料，具有良好的可逆性和刺激响应性，易于降解，在隔音、有机溶剂吸收等领域展现出巨大优势，具有制备方法简单、成本低廉、节能环保等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种功能性超分子气凝胶，其特征在于，所述功能性超分子气凝胶为双组分水凝胶经冷冻和冷冻干燥后得到的功能性超分子气凝胶；

所述功能性超分子气凝胶体积与所述双组分水凝胶体积相同，所述功能性超分子气凝胶的密度调控范围下限为4mg/cm³；所述双组分水凝胶为有机小分子双组分水凝胶，所述有机小分子双组分水凝胶的原料包括原料A和原料B，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸或喹啉-4-甲酸。

此外，本发明还提供一种制备上述的功能性超分子气凝胶的方法，其特征在于，包括：将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶，将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，得到功能性超分子气凝胶；所述原料A和原料B的质量之和为所述水体积的4倍～50倍，所述原料A和原料B的质量单位均为mg，所述水体积的单位为mL。

上述的制备方法，其特征在于，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(5～1)：(1～5)。

上述的制备方法，其特征在于，所述原料A为三聚氰胺，所述原料B为异烟酸，所述原料A的物质的量与原料B物质的量之比为(3～1)：(1～3)。

上述的制备方法，其特征在于，将原料A、原料B和水配制成双组分水凝胶的方法，包括：

步骤一、将原料A、原料B和水置于玻璃密闭容器中，于85℃～95℃温度条件下保持5min～10min，得到含双组分水溶液；

步骤二、将步骤一所述含双组分水溶液于室温条件下静置至翻转所述玻璃密闭容器时所述玻璃密闭容器内无液相流动，得到双组分水凝胶。

上述的制备方法，其特征在于，将所述双组分水凝胶冷冻，将冷冻后双组分水凝胶冷冻干燥，得到功能性超分子气凝胶的方法包括：

步骤一、将所述双组分水凝胶于-196℃～-5℃温度条件下冷冻0.1h～12h，得到冷冻后双组分水凝胶；