[发明专利]一种阻燃型水凝胶/气凝胶“固包水”复合材料及其制备

说明书

本发明公开了一种阻燃型水凝胶/气凝胶“固包水”复合材料及其制备方法，其中，“固包水”复合材料是指连续相为固态气凝胶、分散相为液态水凝胶的一种复合材料；制备方法为采用原位制备的方法将气凝胶制备原料直接加入到水凝胶分散体的连续相中。本发明可以解决SiO2气凝胶在阻燃方面的缺陷，提高其隔热性能，并为功能性“固包水”复合材料的制备提供一种普遍适用的方法，属于能源和环境公共安全领域。

技术领域

本发明属于能源和环境公共安全领域，具体涉及一种阻燃型水凝胶/气凝胶“固包水”复合材料及其制备方法。

背景技术

从节约能源的角度出发，具备隔热性能的建筑节能围护材料有着十分重要的科技应用价值。

SiO2气凝胶作为一种典型的纳米多孔绝热材料，在建筑隔热领域已有广泛应用，但其较差的力学性能已成为制约SiO2气凝胶应用的主要因素。

目前提高SiO2气凝胶力学性能的方法为引入有机增韧材料，并且有机增韧材料的引入还能提高SiO2气凝胶的隔热性能。但是机增韧材料的引入提高了复合材料的可燃性，使建筑安全存在较大隐患。

相比于聚乙烯醇、聚酰亚胺等有机气凝胶，SiO2气凝胶作为无机材料，被普遍认为具有很好的阻燃性，但实际上常见的SiO2气凝胶均达不到A级不燃标准。因为以有机硅源为前驱体制备的SiO2气凝胶骨架上仍可能有残留的有机基团，当遭遇极端高温例如发生火灾时，会发生热解并燃烧。

基于有机增韧材料存在的可燃安全隐患，酚醛树脂、羟基磷灰石以及纤维素等具有阻燃性能的材料被尝试引入SiO2气凝胶。但是固态材料的引入对复合材料阻燃性能的提升非常有限。

哈佛大学的Joost教授课题组将聚丙烯酰胺-藻酸盐复合水凝胶覆载在织物上，制备了一种水凝胶织物层压板，当该层压板暴露于火焰之中时，靠近火焰边缘的水凝胶受热温度会升高，结合在水凝胶中的水分子变成气态向上层移动，同时吸收大量热量，远离火焰侧的水凝胶由于温度未达到100℃，水分仍会继续保持一段时间，大量的热量被水凝胶中的水分吸收并带走，起到较好的阻燃效果，有效延缓了织物在火中被点燃的时间。该研究的发表，为水凝胶在阻燃方面的应用提供了理论支撑(W Illeperuma，P Rothemund，Z Suo，JJVlassak.Acs Applied MaterialsInterfaces.2016,25,665-675)。

水凝胶是一类具有三维网络结构的高分子聚合材料，可以吸收超过自身几十倍甚至几百倍的水分，在水中只溶胀不溶解，具有优异的持水性能。水是一种具有大比热容的相变物质，蒸发时吸收热量大，可以起到很好的隔热和阻燃效果。此外，不同于传统阻燃剂，即使暴露在火焰中，水凝胶中的水分蒸发会持续一段时间，该过程不会有大量的有毒有害物质挥发到空气中，为逃生和救援争取宝贵时间。

“水包水”乳液是指连续相和分散相均为水相的水分散体系。“水分散聚合”是将单体、稳定剂以及引发剂加入水中得到均相体系，在水中引发聚合，当聚合物分子链到达临界链长时，从连续相中析出并借助稳定剂悬浮于连续相中，分相得到“水包水”乳液的一种聚合方法。

本发明提出的“固包水”复合材料是指以“水包水”乳液为模板，将水凝胶分散到固态气凝胶材料中，获得一种连续相为固态材料，分散相为水凝胶的复合材料。

发明内容

本发明的目的是克服目前SiO2气凝胶建筑隔热材料在阻燃性能方面的缺陷，提供一种阻燃型水凝胶/气凝胶“固包水”复合材料及其制备方法。

上述复合材料的特征为：所述材料以固态SiO2气凝胶为连续相，PAM水凝胶为分散相，是一种“固包水”结构的复合材料。