常压干燥法制备密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气凝胶

摘要

本发明属于材料制作技术领域，公开了一种常压干燥法制备密胺复合气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。本发明以密胺树脂为主材在酸性条件下通过溶剂热处理制备密胺凝胶及纤维型黏土复合增强密胺凝胶，并通过醇类试剂洗去催化剂即可常压干燥出块体完整，力学性能良好的密胺复合气凝胶；采用纤维型黏土增强密胺复合气凝胶，黏土可在密胺凝胶网络中搭构双网络结构，得到力学性能更佳的气凝胶。该材料可碳化得到自支撑碳气凝胶，用做催化剂负载，吸附，储能，隔热阻燃材料等领域。本发明凝胶时间短，干燥工艺采用常压干燥法，不使用大量的有机溶剂进行溶剂置换，制备工艺简单，制备周期短，可满足大规模生产要求。

权利要求

1.一种纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将纤维型黏土分散在醇溶液中制得纤维型黏土‑醇浆料；

S2：将纤维型黏土‑醇浆料与密胺混合均匀后加入酸催化剂，在室温下搅拌均匀得复合浆料；复合浆料中，密胺、纤维型黏土以及醇溶液的质量比为0.1‑0.5：0.06‑0.7：3‑10；

S3：将复合浆料放入水热反应釜中，在80‑160 ˚C下凝胶老化6‑24 h，得纤维型黏土增强密胺凝胶；将所得纤维型黏土增强密胺凝胶在30‑60˚C下浸润在醇溶液中，洗去酸催化剂；

S4：最后将S2所得纤维型黏土增强密胺凝胶在烘箱中30‑60˚C常压干燥制得能够被碳化成自支撑碳气凝胶的纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

2.根据权利要求1中所述的纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，S1和S2中的醇溶液均为乙醇或异丙醇。

3.根据权利要求1或2所述的纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，纤维型黏土为埃洛石、海泡石或凹凸棒石。

4.根据权利要求1或2所述的纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，其特征在于，酸催化剂为盐酸、硫酸或硝酸。

说明书

常压干燥法制备密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气

凝胶

技术领域

[0001] 本发明涉及气凝胶技术领域，特别涉及一种常压干燥法制备密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

背景技术

[0002] 气凝胶材料，又称为“凝固的烟”，它是由具有纳米两级的颗粒相互聚集构成三维孔网络结构，并在网络骨架中充满气态分散介质的轻质纳米多孔固态材料。有机气凝胶是一类由高聚物分子构成的多孔材料，它具有独特的纳米多孔和连续的三维网络结构。目前有机气凝胶在催化剂及载体、高效隔热等领域具有广阔的应用前景。但是有机气凝胶的高孔隙三维网络结构导致其强度低，脆性大，且采用的干燥方式通常为成本昂贵的超临界干燥工艺。纯有机气凝胶的低强度、低韧性和无法常压干燥制备大块体是限制规模化推广应用的最大瓶颈。

[0003] 纤维型黏土是一种一维纳米天然硅酸盐矿物（如埃洛石，海泡石，凹凸棒石）。由于纤维型黏土具有独特的三维立体结构，胶体性能是纤维型黏土的主要特征之一，它可以分散在较低浓度的醇溶液中形成“柴垛式”架装网状结构。纤维型黏土非常适合作为有机凝胶的骨架支撑制备得到力学性能良好的复合凝胶。因此研究开发一种方法可行、制备工艺简单、产品机械强度高有机/无机复合气凝胶的制备方法对于产品的工业化生产具有十分重要的意义。

发明内容

[0004] 发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种常压干燥法制备密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气凝胶，该材料可碳化得到自支撑碳气凝胶，用做催化剂负载，吸附，储能，隔热阻燃材料等领域。本发明凝胶时间短，干燥工艺采用常压干燥法，不使用大量的有机溶剂进行溶剂置换，制备工艺简单，制备周期短，可满足大规模生产要求。

[0005] 技术方案：本发明提供了一种密胺气凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1：取密胺加入醇溶液搅拌溶解后加入酸催化剂，并在室温下搅拌均匀得密胺溶胶；S2：将密胺溶胶放入水热反应釜中，在80‑160 ˚C下凝胶老化6‑24 h，得密胺凝胶；将所得密胺凝胶在30‑60˚C下浸润在醇溶液中，洗去酸催化剂；S3：最后将S2所得密胺凝胶在烘箱中30‑60˚C常压干燥制得密胺气凝胶。

[0006] 优选地，S1中，密胺与醇溶液的质量比为0.1‑0.5：3‑10。其中醇溶液纯度是99%以上。

[0007] 优选地，所述醇溶液为乙醇或异丙醇。

[0008] 优选地，酸催化剂为盐酸、硫酸或硝酸。

[0009] 本发明还提供了一种纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1：将纤维型黏土分散在醇溶液中制得纤维型黏土‑醇浆料；S2：将纤维型黏土‑醇浆料与密胺混合均匀后加入酸催化剂，在室温下搅拌均匀得复合浆料；S3：将复合浆料放入水热反应釜中，在80‑160 ˚C下凝胶老化6‑24 h，得纤维型黏土增强密胺凝胶；将所得纤维型黏土增强密胺凝胶在30‑60˚C下浸润在醇溶液中，洗去酸催化剂；S4：最后将S2所得纤维型黏土增强密胺凝胶在烘箱中30‑60˚C常压干燥制得纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

[0010] 优选地，S2中，复合浆料中，密胺、纤维型黏土以及醇溶液的质量比为0.1‑0.5：0.06‑0.7：3‑10。

[0011] 优选地，S1和S2中的醇溶液均为乙醇或异丙醇。

[0012] 优选地，纤维型黏土为埃洛石、海泡石或凹凸棒石。

[0013] 优选地，酸催化剂为盐酸、硫酸或硝酸。

[0014] 有益效果：

[0015] 本发明以密胺为主材在酸性条件下通过醇溶液热处理制备密胺凝胶，并通过醇类试剂洗去催化剂即可干燥出块体完整、力学性能良好的密胺气凝胶。

[0016] 本发明以密胺树脂为主材在酸性条件下通过溶剂热处理制备纤维型黏土增强密胺凝胶，并通过醇类试剂洗去未反应的催化剂即可干燥出块体完整、力学性能良好的纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。采用纤维型黏土增强密胺复合气凝胶，黏土可在密胺凝胶网络中搭构双网络结构，得到力学性能更佳的气凝胶。

[0017] 由于普通的碳气凝胶力学性能较差，应用于电极材料时需要把气凝胶磨成粉末再用粘合剂制备电极材料而言，而粘合剂自身是不导电的，这就影响了碳气凝胶的性能。而本申请制备的密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气凝胶可以被碳化成自支撑碳气凝胶，因为凹凸棒石/密胺凝胶复合气凝胶中，纤维型棒状凹土作为复合气凝胶的骨架支撑，与密胺颗粒形成双凝胶结构，有效改善纯密胺气凝胶的脆性。与现有技术相比，优势就是应用于电极材料时无需粘合剂，在电化学、催化等领域具有潜在的优势，可用做催化剂负载，吸附，储能，隔热阻燃材料等领域。

[0018] 本发明凝胶时间短，干燥工艺采用常压干燥法，不用使用大量的有机溶剂进行溶剂置换，制备工艺简单，制备周期短，可满足大规模生产要求。

附图说明

[0019] 图1为密胺气凝胶微观图；

[0020] 图2为纤维型黏土增强密胺复合气凝胶微观图；

[0021] 图3为密胺气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶氮气吸脱附曲线；

[0022] 图4为密胺气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶孔径分布图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

[0024] 实施方式1：

[0025] 本实施方式提供了一种密胺气凝胶的制备方法，具体为：取0.3g 密胺加入5 mL乙醇搅拌溶解后，加入0.2 mL 盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得密胺溶胶。将密胺溶胶在水热反应釜中100 ˚C 下凝胶老化20h，得密胺凝胶。将所得密胺凝胶在50 ˚C浸润在乙醇中，洗去密胺凝胶中未反应的盐酸，最后将密胺凝胶在烘箱中温度为50  ˚C下常压干燥制备得到密胺气凝胶。

[0026] 实施方式2：

[0027] 本实施方式提供了一种密胺气凝胶的制备方法，具体为：取0.3g 密胺加入6.0mL异丙醇搅拌溶解后，加入0.2 mL 盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得密胺溶胶。将密胺溶胶在水热反应釜中80  ˚C 下凝胶老化20h，得密胺凝胶。将所得密胺凝胶在60 ˚C浸润在异丙醇中，洗去密胺凝胶中未反应的盐酸，最后将密胺凝胶在烘箱中温度为60 ˚C下常压干燥制备得到密胺气凝胶。

[0028] 实施方式3：

[0029] 本实施方式提供了一种密胺气凝胶的制备方法，具体为：取0.2g 密胺加入6.0 mL异丙醇搅拌溶解后，加入0.2mL 盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得密胺溶胶。将密胺溶胶在水热反应釜中160 ˚C 下凝胶老化8 h，得密胺凝胶。将所得密胺凝胶在50  ˚C浸润在乙醇中，洗去密胺凝胶中未反应的盐酸，最后将密胺凝胶在烘箱中温度为45 ˚C下常压干燥制备得到密胺气凝胶。

[0030] 实施方式4：

[0031] 本实施方式提供了一种纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，具体为：将0.15g埃洛石均匀分散在5ml异丙醇中制备成3wt% 的纤维型黏土‑异丙醇浆料。取0.3g 密胺加入5 mL 上述纤维型黏土‑异丙醇浆料混合均匀，然后向其中加入0.2 mL盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得复合浆料。将复合浆料在水热反应釜中100 ˚C 下凝胶老化20 h。将所得纤维型黏土增强密胺凝胶在50˚C下浸润在异丙醇中，洗去未反应的盐酸，最后将纤维型黏土增强密胺凝胶在烘箱中50˚C常压干燥制得纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

[0032] 实施方式5：

[0033] 本实施方式提供了一种纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，具体为：将0.18 g海泡石均匀分散在6 ml异丙醇中制备成3wt% 的纤维型黏土‑异丙醇浆料。取0.3g 密胺加入6.0 mL 上述纤维型黏土‑异丙醇浆料混合均匀，然后向其中加入0.2 mL盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得复合浆料。将复合浆料在水热反应釜中80 ˚C 下凝胶老化10 h。将所得纤维型黏土增强密胺凝胶在60˚C下浸润在乙醇中，洗去未反应的盐酸，最后将纤维型黏土增强密胺凝胶在烘箱中40 ˚C常压干燥制得纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

[0034] 实施方式6：

[0035] 本实施方式提供了一种纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的制备方法，具体为：将0.24 g凹凸棒石均匀分散在6 ml 乙醇中制备成4wt% 的纤维型黏土‑乙醇浆料。取0.2g 密胺加入6.0 mL 上述纤维型黏土‑乙醇浆料混合均匀，然后向其中加入0.2 mL盐酸并在室温下匀速搅拌3 min得复合浆料。将复合浆料在水热反应釜中160 ˚C 下凝胶老化8 h。将所得纤维型黏土增强密胺凝胶在50˚C下浸润在乙醇中，洗去未反应的盐酸，最后将纤维型黏土增强密胺凝胶在烘箱中45 ˚C常压干燥制得纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。

[0036] 分别对上述实施方式1至3中所得密胺气凝胶及实施方式4至6中所得纤维型黏土增强密胺复合气凝胶的微观形貌、氮气吸脱附能力以及孔径分布进行测试，微观形貌结果如图1和2，氮气吸脱附曲线如图3，孔径分布图如图4。

[0037] 图1和2可见实施方式1及实施方式4密胺气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶微观形貌图

[0038] 图3可见实施方式2及实施方式5密胺气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶氮气吸脱附曲线图。

[0039] 图4可见实施方式3及实施方式6密胺气凝胶及纤维型黏土增强密胺复合气凝胶孔径分布图。

[0040] 上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。