用于制造气凝胶的水溶液、由其制造的气凝胶及其用途.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115838494A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202111106930.1(22)申请日2021.09.22(71)申请人香港科技大学地址中国香港九龙清水湾(72)发明人沈曦金章教杨晶磊杨洁(74)专利代理机构北京汇知杰知识产权代理有限公司11587专利代理师杨巍柴春玲(51)Int.Cl.C08J9/28(2006.01)C08L29/04(2006.01)C08K3/38(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图4页(54)发明名称用于制造气凝胶的水溶液、由其制造的气凝胶及其用途(57)摘要本发明涉及一种具有多孔取向通道的各向异性复合气凝胶。通过合理选择用于制造气凝胶的水溶液的共溶剂以及优化所述水溶液的组成来调整气凝胶的微观结构，所制成的气凝胶实现了超低热导率和高的光反射率的优异性能，并且实现了比目前市场上的聚合物泡沫或二氧化硅气凝胶更好的隔热性能，使其不仅能够用作建筑物隔热材料用于节能建筑，而且可以作为保温包装材料，用于药物运输、食品储存以及极地、外太空等极端条件场景。CN115838494ACN115838494A权利要求书1/2页1.一种用于制造气凝胶的水溶液，其包括：‑至少一种水溶性聚合物；‑共溶剂，其凝固温度低于水的凝固温度，优选低至少50℃，更优选低至少70℃，甚至低至少100℃。2.根据权利要求1所述的水溶液，其还包括：‑至少一种无机或有机纳米填料，如氮化硼纳米片(BNNS)、氮化硼纳米管(BNNT)、二氧化硅(SiO2)和纳米纤维素。3.根据权利要求1或2所述的水溶液，其中，‑相对于所述水溶液的重量，所述聚合物的浓度范围为0.5％至10％，优选为1％至5％；‑相对于所述水溶液的体积，所述共溶剂的浓度范围为1％至10％，优选为2％至5％；以及‑相对于所述聚合物的重量，所述纳米填料的浓度范围为0％至50％，优选为0％至20％。4.根据权利要求1‑3中任一项所述的水溶液，其中，所述共溶剂选自丙酮、低级醇类如甲醇、乙醇或丙醇，优选为丙酮。5.根据权利要求1‑4中任一项所述的水溶液，其中，所述聚合物选自水溶性聚乙烯醇(PVA)、聚氨酯(PU)和纤维素中的一种或者多种，优选为水溶性聚乙烯醇(PVA)。6.一种制造气凝胶的方法，其包括：1)提供权利要求1‑5中任一项所述的水溶液；2)在冷冻模具中使用冷源如底部冷源冷冻浇注所述水溶液，由此获得冷冻样品；3)挥发以除去所述冷冻样品中的共溶剂；4)冷冻干燥所述冷冻样品，以获得气凝胶。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤1)中，调节所述水溶液中的共溶剂的浓度，以调控最终获得的气凝胶的固态孔壁的厚度；例如，所述固态孔壁随共溶剂的浓度的增加而增厚。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在步骤1)中，在存在纳米填料的情况下，调节所述纳米填料的负载量，以防止最终获得的气凝胶收缩，并在所述水溶性聚合物和所述纳米填料之间产生额外的界面热阻。9.根据权利要求6‑8中任一项所述的方法，其中，在步骤2)中，所述冷冻模具的底部、顶部或者单个侧面由导热金属制成，例如单质金属如铝、铜和铁、或金属混合物如不锈钢、铝合金和铜合金。10.根据权利要求6‑9中任一项所述的方法，其中，所述冷源的温度为‑196℃至‑10℃，优选为‑90℃至‑20℃，例如为‑50℃。11.根据权利要求6‑10中任一项所述的方法，其中，在步骤3)中，所述挥发在‑50℃至‑10℃例如‑20℃进行，挥发时间为至少2天，例如为3天。12.根据权利要求6‑11中任一项所述的方法，其中，在步骤4)中，所述冷冻干燥在真空条件下(例如在小于5Pa的低压条件下)、在‑80至‑40℃例如‑56℃进行，干燥时间为至少5天，例如为1周。13.一种气凝胶，其由权利要求1‑5中任一项所述的水溶液或权利要求6‑12中任一项所2CN115838494A权利要求书2/2页述的方法制成。14.根据权利要求13所述的气凝胶，其中，所述气凝胶具有在冰晶生长方向上的多孔取向通道和随机分布的固态多孔孔壁。15.根据权利要求13或14所述的气凝胶，其中，所述气凝胶的密度为不高于100mgcm‑3，例如不高于60mgcm‑3，优选为不高于40mgcm‑3。16.根据权利要求13‑15中任一项所述的气凝胶，其中，所述气凝胶的孔隙率不低于90％，优选不低于95％，例如不低于97％。17.根据权利要求13‑16中任一项所述的气凝胶，其中，所述气凝胶的热导率低于24mWm‑1K‑1，例如为23.5mWm‑1K‑1。18.根据权利要求13‑17中任一项所述的气凝胶，其中，所述气凝胶在0.3μm至2.5μm的波长范围内具有的光反射率为不低于90％，优选为不低于93％，例如为93.8％。19