一种双交联气凝胶材料的制备方法与流程

1.本发明涉及一种双交联气凝胶材料的制备方法。


背景技术：

2.双交联气凝胶是一种只用一种前驱体，引发前驱体自身或相互直接发生聚合反应的气凝胶。由于整个过程包含两次聚合反应，双交联气凝胶的结构比传统的气凝胶拥有更简明有序的三维网络结构，使得双交联气凝胶拥有比传统气凝胶更高的弹性和更好的透明度。
3.一般而言，二氧化硅气凝胶的力学性能较差，含烯烃基团的前驱体聚合是提高气凝胶力学性能的另一种有效途径。乙烯基基团在聚乙烯基硅倍半硅氧烷凝胶网络中的聚合也会产生机械增强的气凝胶。到目前为止，硅基气凝胶上的聚合强化大多是作为后凝胶化处理，网络中连接硅氧烷键的聚乙烯链为混合凝胶提供了灵活性。另外，通过乙烯基聚合可以合成具有双网络结构的机械强度高、柔性强的有机高分子凝胶，得到的凝胶包含两个互穿的聚合物网络，两个网络之间没有化学交联。这种网络可以通过不同基团的聚合，然后由特定的烯烃基团的有机烷氧基硅烷水解缩聚得到。然而，目前还没有关于用这种方法制备气凝胶的报道。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是提供一种能够制造出不同于传统气凝胶材料，具有高弹、高透明度等特性的双交联气凝胶材料的制作方法。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种双交联气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：1）乙烯基的聚合将前驱体甲基乙烯基二甲氧基硅烷和引发剂过氧化二叔丁基混合搅拌，随后倒入高温反应釜中反应，产物随反应釜冷却后密封保存；2）甲氧基的聚合、固化及干燥将步骤1）的产物、水和四甲基氢氧化铵均匀混合，随后进行固化；在得到的凝胶中加入异丙醇进行溶剂置换，至少置换两次；在异丙醇置换后的凝胶中加入正庚烷进行溶剂置换，至少置换两次；将凝胶再次进行干燥，即制得双交联气凝胶。
6.在本发明一个较佳实施例中，步骤1）中前驱体甲基乙烯基二甲氧基硅烷与引发剂过氧化二叔丁基的配比比例为600：1 。
7.在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中水与四甲基氢氧化铵的配比比例为16：1。
8.在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中固化包括烘箱固化或者微波固化。
9.在本发明一个较佳实施例中，所述微波固化的抽湿速率为20%，微波功率250 w，固化时间为5min。
10.在本发明一个较佳实施例中，干燥包括常压干燥、微波干燥或者超临界干燥。
11.在本发明一个较佳实施例中，所述微波干燥机的微波功率为700 w，干燥时间为18 min，抽湿比例为90%。
12.在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中，凝胶中加入异丙醇进行溶剂置换时的温度为60℃，置换时间12 h。
13.在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中，凝胶中加入正庚烷进行溶剂置换时的温度为60℃，置换时间为12 h。
14.本发明的有益效果是：本发明的制备方法制备的气凝胶产物与传统的气凝胶相比，具有高弹性和高透明度；且制备过程简单清楚，有效避免副反应的发生。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是实施例1制备的双交联气凝胶材料的sem照片；图2是实施例2制备的双交联气凝胶材料的sem照片；图3是对比例制备的双交联气凝胶材料的sem照片。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
17.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
22.本发明实施例包括：实施例1：一种双交联气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：1）将60 ml的甲基乙烯基二甲氧基硅烷、0.1 ml的过氧化二叔丁基混合搅拌，随后倒入高温反应釜中反应48h，产物随反应釜冷却后密封保存。
23.2）将第一步的产物与40g的水、2.5g的四甲基氢氧化铵混合，随后置于微波加热室中进行微波固化，设置抽湿速率为20%，微波功率250 w，固化时间为5min；在得到的凝胶中加入异丙醇进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间12 h，共置换两次；在异丙醇置换后的凝胶中加入正庚烷进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间为12 h，共置换两次。将凝胶放置于微波加热室中进行微波干燥，设置抽湿速率为90%，微波功率为700 w，干燥时间为18min，制得双交联气凝胶，如图1所示。
24.本实施例制备的双交联气凝胶材料孔隙丰富，形貌均匀，弹性高，透明度高。
25.实施例2：一种双交联气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：1）将120 ml的甲基乙烯基二甲氧基硅烷、0.2 ml的过氧化二叔丁基混合搅拌，随后倒入高温反应釜中反应48h，产物随反应釜冷却后密封保存。
26.2）将第一步的产物与32g的水、2g的四甲基氢氧化铵混合，随后置于烘箱之中固化，设置烘箱温度为120℃，固化时间为5min；在得到的凝胶中加入异丙醇进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间12 h，共置换三次；在异丙醇置换后的凝胶中加入正庚烷进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间为12 h，共置换三次。将凝胶常压干燥，干燥时间为60min，制得双交联气凝胶，如图2所示。
27.本实施例制备的双交联气凝胶材料孔隙丰富，形貌均匀，弹性高，透明度高。
28.实施例3：一种双交联气凝胶材料的制备方法，将实施例1中步骤(2)的四甲基氢氧化铵质量改变成3.0g，其余同实施例1，制得双交联气凝胶，如图3所示。
29.本实施例制备的双交联气凝胶材料孔隙稀少，形貌均匀，无弹性，透明度低。
30.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。