一種微納米多孔材料及其製備方法
2023-04-26 17:27:16 2
專利名稱：一種微納米多孔材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種微納米多孔材料及其製備方法，屬於耐高溫聚合物和多孔材料技術領域。
背景技術：
多孔陶瓷具有低密度、高滲透性、良好的隔熱性能、抗腐蝕、耐高溫等優良性能，在環保、能源、機械電子、石油化工、航空航天等領域有著廣泛的應用。與孔徑在微米級以上的常規多孔陶瓷相比，具有微納米孔徑的多孔陶瓷，因具有高比表面積、更優良的隔熱性能和相同密度下更高的強度、以及其它微納米孔徑所賦予的特殊用途，近年來成為重要的研究開發熱點。特別是具有高孔隙率(通常80%以上)、三維納米孔網絡的多孔材料(氣凝膠)， 如氧化矽氣凝膠、碳氣凝膠，具有超級隔熱、高效催化劑載體、傳感器、吸附劑、低介電材料等所要求的許多方面的優異性能。氧化矽氣凝膠和炭氣凝膠是目前最成熟的兩種氣凝膠材料，卡伯特、美國Aspen等多家公司已開始規模化的商品生產應用；同時在航天、空間等軍民用高技術領域，國內外也已經具有許多成功的應用。純氧化矽氣凝膠可以在650°C以下長期使用，800°C左右只能短期使用，且高溫熱導率升高較快，如相比室溫其500°C的熱導率升高3-4倍；炭氣凝膠具有高紅外消光係數，熱導率隨溫度升高較慢，在惰性氣氛及真空環境下具有優異的耐高溫和高溫隔熱性能，但其在氧化氣氛下使用溫度不超過400°C。顯然這兩種材料都越來越難以滿足未來航空航天及其它民用高技術產業發展對輕質、高性能防隔熱材料需要，迫切需要發展耐氧化性、耐溫性和高溫導熱係數等性能都更好的氣凝膠材料。為改進純氧化矽氣凝膠的耐溫等級和高溫隔熱性能，人們在氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯及其與氧化矽的複合氣凝膠的研究方面進行了大量工作，也取得了一定的進展，但是氧化物高溫下易燒結、晶體粗化、抗蠕變性能有限，這限制了純氧化物氣凝膠耐溫等級的進一步提高。SiC 等非氧化物陶瓷具有高熔點、耐高溫氧化的特性，且對近紅外不透明，具有發展為高性能氣凝膠的潛力，然而目前還沒有合適的方法來製備這種氣凝膠。雖然通過碳源和S^2的兩種前驅體製備混合氣凝膠，再通過高溫碳熱還原來製備C-SiC複合類氣凝膠材料已有文獻報導，但目前這種方法還不成熟。另一方面，目前氣凝膠材料的製備一般需要採用先溶劑交換、然後進行超臨界乾燥的技術，或者溶劑交換結合表面改性等費時費溶劑的常壓乾燥技術。採用低表面張力溶劑替換水凝膠中的水，並通過表面修飾使Si-OH基團被Si-CH3基團替換的溶劑交換-表面改性法，可降低和減小乾燥收縮和碎裂問題，但也帶來多步溶劑交換導致的非常耗時和消耗大量溶劑的問題。目前無論是氧化矽氣凝膠、炭氣凝膠，還是上述的C-SiC複合氣凝膠的製備方法都存在這樣的不足之處。
發明內容
本發明的目的是提供一種微納米多孔材料及其製備方法。本發明提供了一種微納米多孔材料的製備方法，包括如下步驟有機矽聚合物、催化劑和溶劑混合得到混合物，將所述混合物進行加熱固化成型得到凝膠固體；將所述凝膠固體升溫至400°C -850°C進行熱解得到所述微納米多孔材料；所述有機矽聚合物為式(I) 所示聚矽氧烷聚合物和有機矽樹脂中至少一種；
權利要求
1. 一種微納米多孔材料的製備方法，包括如下步驟有機矽聚合物、催化劑和溶劑進行混合得到混合物，將所述混合物進行加熱固化成型得到凝膠固體；將所述凝膠固體升溫至400°C _850°C進行熱解得到所述微納米多孔材料；所述有機矽聚合物為式(I)所示聚矽氧烷和有機矽樹脂中至少一種；
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法還包括在所述加熱固化成型前向所述混合物中加入交聯劑的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述交聯劑為矽酸酯化合物、鈦酸酯化合物和硼酸酯化合物中至少一種；所述交聯劑的加入量為所述有機矽聚合物的質量的 0-10%，但不為O。
4.根據權利要求1-3中任一所述的方法，其特徵在於所述矽酸酯化合物為原矽酸乙酯、原矽酸甲酯、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷；所述鈦酸酯化合物為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯； 所述硼酸酯化合物為硼酸三乙酯、硼酸三異丙酯、硼酸三丁酯、三甲氧基矽基硼酸酯或硼酸。
5.根據權利要求1-4中任一所述的方法，其特徵在於所述方法還包括在所述加熱固化成型前向所述混合物中加入物質A和物質B中至少一種的步驟；所述物質A為下述物質中至少一種(1)Fe、Co、Ni、Al、Cu、Ti、Si、B 或它們的氧化物；(2)碳黑、碳粉或碳納米管；和(3)SiC、Si3N4, BC4, BN、TiB2, ZrB2, HfB2, TiC、ZrC 或 HfC ； 所述物質B為下述物質中至少一種(1)Fe的羰基化合物、Co的羰基化合物、M的羰基化合物、乙醯丙酮配合物或二茂化合物；(2)B (OEt) 3、B (OPr) 3、B (OBu) 3、B (OSiMe3) 3、B10H14 或 C2B10H12 ；(3)Ti、Zr、Hf的乙醯丙酮鹽或烷氧基化合物；和(4)油酸銅或乙醯丙酮銅。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述物質A的加入量為所述有機矽聚合物的體積的0-50%，但不為0 ；所述物質B的加入量為所述有機矽聚合物的質量的0-50%， 但不為0。
7.根據權利要求1-6中任一所述的方法，其特徵在於所述溶劑為二甲基矽油或二甲基矽氧烷環體；所述催化劑為鉬催化劑、二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫；所述有機矽樹脂為甲基矽樹脂、乙烯基矽樹脂或甲基乙烯基矽樹脂；所述催化劑的加入量為所述有機矽聚合物的質量的0. 0001^-2 ^
8.根據權利要求1-7中任一所述的方法，其特徵在於所述固化成型的溫度為 80°C -250°C;所述固化成型的時間為1小時小時；所述熱解的時間為0. 5小時-6小時； 所述熱解在惰性氣氛下進行。
9.根據權利要求1-8中任一所述的方法，其特徵在於控制升溫速率為0.250C -IO0C / 分鐘將所述混合物加熱至所述固化成型的溫度；控制升溫速率為0. 250C -IO0C /分鐘將所述凝膠固體加熱至所述熱解的溫度。
10.權利要求1-9中任一所述方法製備的微納米多孔材料；所述微納米多孔材料的孔隙率為20% -95%，孔徑為Inm-IO μ m。
全文摘要
本發明提供了一種微納米多孔材料及其製備方法。該方法包括如下步驟有機矽聚合物、催化劑和溶劑進行混合得到混合物，將所述混合物進行加熱固化成型得到凝膠固體；將所述凝膠固體升溫至400℃-850℃進行熱解得到所述微納米多孔材料；所述有機矽聚合物為式(I)所示聚矽氧烷和有機矽樹脂中至少一種。該方法可以製備具有耐高溫的微納米多孔材料，而且製備工藝無需超臨界乾燥和溶劑置換或表面改性等步驟，具有工藝安全、環保、簡單、經濟等優點。
文檔編號C08K3/04GK102417364SQ201110220470
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者吳紀全, 徐彩虹, 李永明, 王丁, 王秀軍, 陳麗敏 申請人:中國科學院化學研究所