可回收的芳纶纳米纤维气凝胶、其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115850787A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211561762.X(22)申请日2022.12.06(71)申请人中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所地址215123江苏省苏州市工业园区独墅湖高教区若水路398号(72)发明人张学同李立山(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256专利代理师王锋(51)Int.Cl.C08J9/28(2006.01)C08L77/10(2006.01)权利要求书2页说明书13页附图15页(54)发明名称可回收的芳纶纳米纤维气凝胶、其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种可回收的芳纶纳米纤维气凝胶、其制备方法与应用。所述制备方法包括：采用碱剥离的方法获得芳纶纳米纤维分散液；与促凝胶剂混合，得到湿凝胶，促凝胶剂中含有酯类物质；使湿凝胶转化为气凝胶，获得可回收的芳纶纳米纤维气凝胶。本发明提供的制备方法工艺简单，反应条件温和，低能耗，并且制备过程以及制得的成品均是可回收的，适用于大规模生产；能够制得具有不同的形态的芳纶纳米纤维气凝胶，具有一定的力学强度、可选的宏观形貌、较低的热导率、高孔隙率、较高的比表面积和优异的骨架结构稳定性；本发明提供的高性能宏观多维芳纶气凝胶可用于纺织品制备、智能可穿戴、环境、催化、能源等领域，极大地拓展了气凝胶的应用范围。CN115850787ACN115850787A权利要求书1/2页1.一种可回收的芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括：1)采用碱剥离的方法对芳纶纤维进行去质子化处理，获得芳纶纳米纤维分散液；2)使所述芳纶纳米纤维分散液与促凝胶剂混合，发生溶胶‑凝胶转变得到湿凝胶，所述促凝胶剂中含有酯类物质；3)使所述湿凝胶转化为气凝胶，获得可回收的芳纶纳米纤维气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：使所述湿凝胶与碱性物质接触，以使所述湿凝胶转化为新的芳纶纳米纤维分散液而回收使用。3.根据权利要求l所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶纳米纤维分散液中芳纶纳米纤维的质量分数为0.1～15％；和/或，所述芳纶纳米纤维分散液中碱性物质的质量分数为0.1～15％；和/或，所述溶胶‑凝胶转变的温度为‑10～100℃，时间为10‑3～104min；和/或，所述酯类物质与所述芳纶纳米纤维分散液中的碱性物质的摩尔比为1/50～50/1；优选的，所述酯类物质包括丙二酸二叔丁酯、苄基丙二酸二乙酯、碳酸二叔丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、1，3‑丙酮二羧酸二乙酯、乙酸烯丙酯、乳酸丙酯、肉桂酸3‑苯基丙酯、乳酸丙酯中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中的湿凝胶的成型方式包括模具成型、3D打印、涂膜法、湿法纺丝中的任意一种；优选的，所述模具成型具体包括将所述芳纶纳米纤维分散液及促凝胶剂混合于模具中静置成型的步骤；优选的，3D打印包括采用同轴打印的方式分别将所述芳纶纳米纤维分散液与促凝胶剂通过不同的流道混合打印的步骤；优选的，所述涂膜法包括将所述芳纶纳米纤维分散液涂覆于衬底上形成液膜，然后将所述液膜置于含有促凝胶剂的凝固浴中的步骤；优选的，所述湿法纺丝法包括将所述芳纶纳米纤维分散液注射到含有促凝胶剂的凝固浴中的步骤。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶纳米纤维分散液通过同轴打印的内轴流道注入，所述促凝胶剂通过同轴打印的外轴流道注入；优选的，所述内轴流道的挤出压力为0.5～2.5MPa，外轴流道的注入速度为0.1～1.0mL/min，打印针头的移动速度为5～100mms‑1；和/或，所述涂膜法包括刮刀涂布法、旋转涂布法、卷对卷涂布法中的任意一种；优选的，所述刮刀涂布法中刮刀与衬底之间的距离为50～1000μm；所述旋转涂布法采用的转速为200～5000rpm；所述卷对卷涂布法采用的卷轴与卷轴之间的距离为50～1000μm；和/或，所述湿法纺丝的喷丝孔直径为200～800μm，挤出速度为10～400μL/min。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述模具成型的溶胶‑凝胶转变时间为2min～200h，所述3D打印的溶胶‑凝胶转变时间10～120s，所述涂膜法的溶胶‑凝胶转变2CN115850787A权利要求书2/2页时间在60s以下，所述湿法纺丝的溶胶‑凝胶转变时间小于10s。7.根据权利要求l所述的制备方法，其特征在于，步骤3)具体包括：对所述湿凝胶进行溶剂交换处理，获得气凝胶前体，所述溶剂交换处理使所述湿凝胶中的促凝胶剂被置换去除；对所述气凝胶前体进行干燥处理，获得所述芳纶纳米纤维气凝胶。8.由权利要求1‑7中任