1.一種基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于:由遮光劑負(fù)載纖維氈與SiO2氣凝膠復(fù)合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于:
所述的遮光劑負(fù)載纖維氈是利用逐層自組裝技術(shù)將遮光劑顆粒負(fù)載到增強(qiáng)纖維表面得到的;所述的遮光劑負(fù)載纖維氈的纖維直徑為50nm~1000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于:
所述的遮光劑負(fù)載纖維氈中的增強(qiáng)纖維為聚偏氟乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚苯乙烯纖維、聚醚纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚氯乙烯纖維,聚丙烯酸纖維、乙酸纖維素纖維、尼龍棉、絲或麻中的一種高分子纖維材料;
所述的遮光劑為TiO2、炭黑、SiC、ZrO2、Fe3O4、B4C、BN、K2Ti6O13、ATO、鈦鐵礦、六鈦酸鉀中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于所述的遮光劑負(fù)載纖維氈由以下方法制備得到:
(1)將增強(qiáng)纖維進(jìn)行親水預(yù)處理,獲得具有親水性的增強(qiáng)纖維基體;
(2)分別制備組裝液A和組裝液B;
(3)把步驟(1)得到的經(jīng)過預(yù)處理的纖維材料基體浸入到步驟(2)得到的組裝液A中,使組裝液A中的離子基團(tuán)A(+/-)吸附在纖維表面;然后經(jīng)水沖洗后再浸泡到步驟(2)得到的組裝液B中,使纖維表面吸附“A(+/-)-遮光劑(-/+)基團(tuán)”,經(jīng)水洗后使纖維表面組裝單層遮光劑顆粒;
(4)重復(fù)步驟(3)n次,使纖維表面組裝n層遮光劑顆粒,制得遮光劑負(fù)載纖維;其中n=1~10之間的整數(shù);
所述的(2)中組裝液B是遮光劑的分散液或者膠體溶液;組裝液A是一種與組裝液B電性相反的聚陽離子或聚陰離子溶液;
步驟(3)中“+/-”符號表示離子基團(tuán)的聚陽離子或聚陰離子性質(zhì);“-/+”符號表示離子基團(tuán)的聚陰離子或聚陽離子性質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于:
所述的聚陽離子為POSS(+)、三乙烯四胺(+)、己二胺(+)中的至少一種,聚陰離子為聚丙烯酸(-)、聚丙烯酸鹽(-)中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料,其特征在于:所述的步驟(1)中的親水預(yù)處理方法為等離子處理、化學(xué)法親水改性中的至少一種;
所述的步驟(1)中的等離子處理親水預(yù)處理方法操作步驟為:將增強(qiáng)纖維用氣體等離子體處理1~10min后與空氣接觸在表面引入增加其親水性的基團(tuán),即得到具有親水性的增強(qiáng)纖維基體;
所述的步驟(1)中的化學(xué)法親水改性預(yù)處理方法為:首先對增強(qiáng)纖維“活化”處理,使其分子鏈上產(chǎn)生容易生成自由基或氧化的物質(zhì),然后選用合適的試劑與“活化”處理后的增強(qiáng)纖維反應(yīng),從而在其分子鏈上引入極性基團(tuán)或接枝親水性單體;具體操作步驟如下:(a)用乙醇將增強(qiáng)纖維潤濕,然后在去離子水中浸泡0.5h;(b)將(a)中得到的增強(qiáng)纖維放入75℃條件下的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt.%的高錳酸鉀與濃度為3mol/L的NaOH的混合水溶液,反應(yīng)4min后用去離子水洗凈;(c)再將(b)中的增強(qiáng)纖維放入5wt.%的NaHSO3水溶液中反應(yīng),直至棕色全部褪去變?yōu)榘咨?d)之后將其放入0.5wt.%的PVP水溶液中反應(yīng)5min,最后用去離子水漂洗2min即完成親水預(yù)處理過程。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟:
(1)SiO2溶膠制備:將有機(jī)硅源、無水乙醇、水按照摩爾比為1:(4~12):(0.25~6)配成溶液,并通過酸堿催化的兩步法制得SiO2溶膠;
(2)遮光劑負(fù)載纖維氈與SiO2凝膠復(fù)合:將遮光劑負(fù)載纖維氈裁剪后放在容器中,再將步驟(1)所得到的SiO2溶膠加入遮光劑負(fù)載纖維氈內(nèi),并排出纖維氈內(nèi)空氣,在溫度為10~35℃的條件下靜置成凝膠,制得遮光劑負(fù)載纖維氈與SiO2凝膠復(fù)合材料;
(3)陳化與老化:把步驟(2)得到的遮光劑負(fù)載纖維氈與SiO2凝膠復(fù)合材料在溫度為10~35℃的條件下陳化1~2天,用去離子水與乙醇的體積比為1:3~1:10的混合液對凝膠復(fù)合材料進(jìn)行初級老化,初級老化時(shí)間為1~72小時(shí),然后再用正硅酸乙酯與乙醇的體積比為1:3~1:10的混合液對凝膠復(fù)合材料進(jìn)行二級老化,二級老化時(shí)間為1~72小時(shí);
(4)溶劑置換:用置換劑對老化完畢的凝膠復(fù)合材料進(jìn)行溶劑置換,置換時(shí)間為5~48小時(shí);
(5)表面修飾:用疏水試劑與上述置換劑按體積比為1:10~3:10混合,將凝膠復(fù)合材料浸泡其中1~72小時(shí);
(6)表面清洗:用上述置換劑對表面修飾完畢的凝膠復(fù)合材料進(jìn)行表面清洗,清除凝膠復(fù)合材料表面殘留的修飾產(chǎn)物,表面清洗次數(shù)為2~4次;
(7)干燥處理:將經(jīng)過清洗的凝膠復(fù)合材料置于干燥箱常壓干燥,干燥溫度為50~70℃,時(shí)間為12~24小時(shí),得到基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:
步驟(1)中所述的有機(jī)硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚多硅氧烷中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:
所述的置換劑為正己烷、正庚烷、丙酮中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于自組裝遮光劑纖維的高性能氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:
步驟(5)所述的疏水試劑為三甲基氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基二丁基硅烷、三甲基二乙氧基硅烷中的至少一種。