[发明专利]一种高强度的纳米气凝胶建筑材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，是由以下重量份的原料组成：聚醋酸乙烯乳液15～35份、纳米级复合气凝胶5～15份、聚丙烯酸钠3～6份、中空玻璃微珠5～10份、膨润土1～5份、玻璃纤维1～5份、硅铝凝胶粉10～16份、硅藻泥20～30份、水60～80份；

所述纳米级复合气凝胶的制备方法如下：

1）将4,4'-二氨基二苯醚和N，N-二甲基甲酰胺一起加入到容器中，搅拌至完全溶解后再加入均苯四甲酸二酐，在0℃下搅拌3～5h，随后将三乙胺加入混合物中继续搅拌5～8h，将形成的粘性溶液缓慢倒入的冰水中，收集形成的沉淀并用去离子水反复洗涤后冷冻5～10h，放入冷冻干燥机中冷冻干燥，得到固态的聚酰胺酸盐；

2）将纳米纤维素、聚酰胺酸盐加入到去离子水中高速搅拌10～30min后再匀速搅拌30～60min，得到悬浮液，向悬浮液中加入纳米片混合物分散液，超声处理20～40min，分散均匀后倒入模具中，在室温下溶胶-凝胶20～25h，得到水凝胶；

3）将水凝胶在液氮中冷冻10～20min，经冷冻干燥后脱模，转移至真空管式炉中，在氮气气氛下，先升温至100～120℃并保温处理1～2h，再升温至200～230℃并保温处理1～2h，自然冷却至室温，经粉碎后即可得到所需的纳米级复合气凝胶；

所述纳米片混合物分散液的配制方法如下：

将氟化锂与盐酸混合均匀后，加入钛碳化铝，在室温下搅拌30～50min后转移至水浴锅中，在35～40℃下继续搅拌20～25h，经去离子水反复离心洗涤，得到多层纳米片，将多层纳米片与复合氧化石墨烯一起加入到去离子水中，搅拌2～6h后再超声处理30～50min，得到纳米片混合物分散液；

所述复合氧化石墨烯的制备方法如下：

将二硫化钨纳米片悬浮液缓慢添加到氧化石墨烯分散液中，搅拌均匀后，加入二水合醋酸锌以及四水合醋酸镁，搅拌1～3h后经超声处理20～40min，接着，缓慢加入由草酸和去离子水组成的混合液，在60～70℃下搅拌2～5h，将形成的溶胶前驱体在550～650℃以及氮气保护下退火处理50～80min，即可得到复合氧化石墨烯。

2.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，步骤1）中，所述4,4'-二氨基二苯醚、N，N-二甲基甲酰胺、均苯四甲酸二酐以及三乙胺的用量比例为（5～10）g：（80～120）mL：（5.5～11.0）g：（1～3）g；

所述冰水温度为1～4℃；

所述冷冻温度为-5～-10℃。

3.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，步骤2）中，所述悬浮液中，纳米纤维素、聚酰胺酸盐以及去离子水的用量比例为（3～10）g：（1～3）g：（100～300）mL；

所述悬浮液与纳米片混合物分散液的体积比为1：（0.1～0.5）；

所述高速搅拌的转速为8000～10000r/min；

所述匀速搅拌的转速为300～500r/min。

4.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，步骤3）中，所述升温速率为2～5℃/min；

所述两次升温的速率相同。

5.据权利要求1所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，所述氟化锂、盐酸、钛碳化铝的用量比例为（3～4）g：（40～60）mL：（2～3）g；

所述盐酸的浓度为9～10mol/L；

所述多层纳米片与复合氧化石墨烯的质量比为（2～6）：（4～8）；

所述纳米片混合物分散液的固含量为2～8%。

6.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料，其特征在于，所述二硫化钨纳米片悬浮液、氧化石墨烯分散液、二水合醋酸锌、四水合醋酸镁、草酸以及去离子水的用量比例为（2～6）mL：（50～80）mL：（5.5～6.8）g：（0.5～0.8）g：（3.5～4.2）g：（50～70）mL；

所述二硫化钨纳米片悬浮液的浓度为0.3～0.5g/L；

所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.6～1.0g/L。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高强度的纳米气凝胶建筑材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

按重量份数称取原料，将水、聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酸钠以及玻璃纤维加入到搅拌釜中，以1000～1500r/min搅拌20～50min，接着加入纳米级复合气凝胶、中空玻璃微珠以及硅铝凝胶粉，继续搅拌10～30min，最后加入膨润土和硅藻泥，搅拌30～60min，得到胶状混合物，将胶状混合物经压制机压制成型，干燥后即可；

其中干燥可采用自然风干，或在100～150℃的常压下养护5～10h。