本发明涉及气凝胶隔热材料技术领域，具体涉及一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法。
背景技术：
sio2气凝胶作为无定型纳米多孔材料，其结构可控，具有连续的三维网络结构，具有较高的孔隙率和比表面积，常温常压下热导率可低达0.017w·m-1·k-1以及较强的吸附能力，是一种轻质、多功能材料，在保温隔热、气体吸附过滤等领域具有广阔的应用前景。但是，sio2气凝胶中相邻连接部位的面积较小，在干燥过程中容易碎裂，导致结构坍塌，强度和韧性等力学性能较差，影响其广泛应用。
为了提高sio2气凝胶的力学性能，目前主要通过通过纤维、聚合物或陶瓷复合等方式改善其机械强度。中国专利cn107936286a公开了一种二维纳米粒子水性聚氨酯复合气凝胶及其制备方法，通过将二维纳米粒子气凝胶浸渍于水性聚氨酯溶液中，然后加热交联而成，具有很强的疏水性和超低的导热率，可作为超绝热材料，当力学性能仍然较差。
桥联聚倍半硅氧烷是一类包含可变有机桥联基团和两个或多个三烷氧基硅烷基团的新型杂化材料，兼具无机材料优异的力学性能和有机材料柔韧性好的特性，在隔热、催化、吸附等方面具有良好的应用前景。中国专利cn102372851a公开了一种桥联聚倍半硅氧烷气凝胶及其制备方法，在酸性催化剂下桥联聚倍半硅氧烷单体经水解-缩合反应得到桥联聚倍半硅氧烷溶胶，然后凝胶化、陈化和洗涤后，经超临界二氧化碳萃取得到桥联聚倍半硅氧烷气凝胶。该方法制备的气凝胶具有高强度、低密度以及低导热系数。但是超临界二氧化碳干燥法成本较高，不利于工业化生产。
技术实现要素：
本发明的目的是解决上述不足，提供一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，提高了气凝胶的力学性能，并降低了工艺成本。
技术方案
一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将异氰酸酯硅氧烷溶于无水四氢呋喃中，缓慢滴加氨基硅氧烷，5-25℃下反应得到含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷；
(2)将聚氨酯预聚体溶于无水四氢呋喃中，缓慢滴加氨基硅氧烷，5-25℃下反应得到硅氧烷封端聚氨酯；
(3)将含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷、硅氧烷封端聚氨酯、乙醇、去离子水按1：(0.1-1)：(15-50)：(6-20)的重量比混合均匀，用浓盐酸调节ph至2-3，搅拌0.5-2h后，再用氨水调节ph至7-8，然后在40-60℃下反应1-3h，室温下静置老化，最后干燥，得到基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶。
进一步，步骤(1)中，所述异氰酸酯硅氧烷为异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷或异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷中的一种或者二者任意比例的混合物。
进一步，步骤(1)中，异氰酸酯硅氧烷和氨基硅氧烷的摩尔比为(1-2)：1。
进一步，步骤(1)和(2)中，所述氨基硅氧烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷或n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或者两种以上任意比例的混合物。
进一步，步骤(2)中，聚氨酯预聚体与氨基硅氧烷的摩尔比为1：(0.5-2)。
进一步，步骤(3)中，所述干燥温度为40-60℃。
本发明的有益效果：本发明通过异氰酸酯基和氨基在低温或室温下反应分别制备桥联聚倍半硅氧烷及硅氧烷封端聚氨酯，然后通过溶胶凝胶法和常压干燥制备基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶，制备方法简单，降低了生产成本。制备的复合气凝胶不仅具有良好的隔热性能，而且具有优异的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.01mol异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷溶于50ml无水四氢呋喃中，缓慢滴加0.01mol3-氨丙基三乙氧基硅烷，25℃下反应1h，得到含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷；
(2)将0.01mol聚氨酯预聚体溶于50ml无水四氢呋喃中，缓慢滴加0.01mol3-氨丙基三乙氧基硅烷，25℃下反应1h，得到硅氧烷封端聚氨酯；
(3)将含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷、硅氧烷封端聚氨酯、乙醇、去离子水按1：0.5：18：4比例混合均匀，用浓盐酸调节ph至2，搅拌0.5h后，再用氨水调节ph至7，然后在60℃下反应1h，室温下静置老化3天，最后50℃下干燥，得到基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶。
本实施例制得的基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的导热系数为0.021w·m-1·k-1，压缩模量为36.5mpa，弯曲模量为8.1mpa。
实施例2
一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.01mol异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷溶于50ml无水四氢呋喃中，缓慢滴加0.01moln-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，15℃下反应1.5h，得到含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷；
(2)将0.01mol聚氨酯预聚体溶于50ml无水四氢呋喃中，缓慢滴加0.01moln-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，15℃下反应1.5h，得到硅氧烷封端聚氨酯；
(3)将含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷、硅氧烷封端聚氨酯、乙醇、去离子水按1：1：36：8比例混合均匀，用浓盐酸调节ph至2，搅拌1h后，再用氨水调节ph至7，然后在50℃下反应1h，室温下静置老化3天，最后60℃下干燥，得到基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶。
本实施例制得的基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的导热系数为0.028w·m-1·k-1，压缩模量为31.2mpa，弯曲模量为7.5mpa。
1.一种基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将异氰酸酯硅氧烷溶于无水四氢呋喃中，缓慢滴加氨基硅氧烷，5-25℃下反应得到含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷；
(2)将聚氨酯预聚体溶于无水四氢呋喃中，缓慢滴加氨基硅氧烷，5-25℃下反应得到硅氧烷封端聚氨酯；
(3)将含有脲基的桥联聚倍半硅氧烷、硅氧烷封端聚氨酯、乙醇、去离子水按1：(0.1-1)：(15-50)：(6-20)的重量比混合均匀，用浓盐酸调节ph至2-3，搅拌0.5-2h后，再用氨水调节ph至7-8，然后在40-60℃下反应1-3h，室温下静置老化，最后干燥，得到基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶。
2.如权利要求1所述基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述异氰酸酯硅氧烷为异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷或异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷中的一种或者二者任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，异氰酸酯硅氧烷和氨基硅氧烷的摩尔比为(1-2)：1。
4.如权利要求1所述基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述氨基硅氧烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷或n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或者两种以上任意比例的混合物。
5.如权利要求1所述基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚氨酯预聚体与氨基硅氧烷的摩尔比为1：(0.5-2)。
6.如权利要求1至5任一项所述基于桥联聚倍半硅氧烷-聚氨酯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥温度为40-60℃。
技术总结