[发明专利]一种点击反应制备有机-二氧化硅复合气凝胶的方法

说明书

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种点击反应制备有机‑二氧化硅复合气凝胶的方法。本方法在低沸点溶剂中，通过含端炔基的硅芳炔树脂PSA和巯丙基三乙氧基硅烷MPTES的巯基进行点击反应制备前驱体溶液。前驱体溶液经过溶胶‑凝胶、老化、冷冻干燥和后固化获得含硅芳炔树脂改性SiOsubgt;2/subgt;气凝胶骨架的多孔材料。本发明制得的气凝胶具有低密度、低热导及优异的耐热性能，同时工艺简单无需催化凝胶及溶剂置换过程，且具有较高的抗压强度。制得气凝胶材料可应用于高温领域超轻隔热。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种点击反应制备有机-二氧化硅复合气凝胶的方法

背景技术

SiO₂气凝胶是一种高度交联的多孔材料，具有低密度、高孔隙率和低的热导，其复杂的三维结构可以有效扩展传热路径，从而提供良好的隔热性能。SiO₂气凝胶由SiO₂纳米颗粒堆积形成“珍珠链”结构，“颈部”区域在外力作用下极易发生凝胶骨架脆性断裂，因此SiO₂气凝胶力学强度低、脆性大。目前研究人员对于SiO₂气凝胶的力学改性的技术路线主要包括聚合物增强和纤维等复合增强。聚合物增强是有机聚合物与SiO₂骨架形成共价键连接，聚合物对气凝胶骨架形成包覆及对骨架进行增强增韧，形成有机-无机复合的聚合物增强SiO₂气凝胶骨架结构。CN 111924850A利用SiO₂湿凝胶骨架表面残留的大量-OH，多异氰酸酯作为交联剂进行增强，样品具有高的可逆压缩形变。CN109796018A以含有乙烯基或烯丙基的烷氧基硅烷为前驱体，由聚硅氧烷和碳氢链构成的双交联纳米多孔结构，制备出聚乙烯聚硅氧烷气凝胶。样品具有优异的可压缩性和弹性以及良好的弯曲性能，但制备过程需要2-4天的溶剂置换，成本高昂的超临界干燥或1-2天常压干燥。Nguyen等利用3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES作为硅源，含氨基的湿凝胶与二异氰酸酯发生交联反应，得到聚脲增强SiO₂气凝胶(ACS Applied Materials and Interfaces,2010,2(5):1430-1443.)。类似地，可得到苯乙烯、环氧增强SiO₂气凝胶骨架(Chemistry ofMaterials,2008,20(15):5035-5046.)。聚合物可显著增强SiO₂气凝胶的力学性能，但是起交联增强作用的聚合物高温稳定性较差，且硅烷水解凝胶过程通常需要外加酸碱催化，此外长时间的溶剂置换过程与超临界干燥，使得工艺过程冗长并增加了制备成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种点击反应制备有机-二氧化硅复合气凝胶的方法。所述气凝胶不仅具有低密度、低热导及优异的耐热性能，同时工艺简单无需催化凝胶及溶剂置换过程，且具有较好的抗压强度。

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

一种点击反应制备有机-二氧化硅复合气凝胶的方法，步骤如下：

(1)前驱体溶液制备：将偶氮二异丁腈AIBN与含硅芳炔树脂PSA溶于低沸点溶剂中，然后滴加入巯丙基三乙氧基硅烷MPTES，在无水无氧，105℃的条件下点击反应4h，得到前驱体溶液；

(2)气凝胶的制备：将步骤(1)的前驱体溶液45℃保温12h，后加入去离子水，升温至145℃回流30min，转移至烧杯中老化获得湿凝胶，将湿凝胶经液氮冷冻、冷冻干燥和后固化得到气凝胶材料。

在本发明中，所述的PSA的结构式为：

R¹＝H，CH₃

R²＝H,CH₃，CH＝CH₂，Ph

n＝6～10