本發(fā)明屬于電極材料制備，具體涉及一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、氣凝膠是一種由膠體粒子或聚合物所構(gòu)成的納米級(jí)別的多孔網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，具有低導(dǎo)熱系數(shù)、低密度、低介電常數(shù)等優(yōu)良性能，應(yīng)用前景廣闊。氣凝膠的孔隙率高，孔隙尺寸較小，能夠有效阻隔空氣，阻礙燃燒進(jìn)程，降低火焰?zhèn)鞑ニ俣取６?，氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)極低，無限延長的熱傳導(dǎo)路徑可以吸收燃燒熱，降低火焰溫度，使其難以維持熱分解溫度，具有良好的阻燃性能和隔熱效果。

3、酚醛氣凝膠通常是由高活性的酚和醛類單體通過溶膠-凝膠過程以及陳化過程制備得到有機(jī)濕凝膠，再經(jīng)過溶劑置換過程以及特殊的干燥工藝而成。其制備周期長、單體價(jià)格貴且毒性大、超臨界干燥設(shè)備昂貴、操作過程復(fù)雜危險(xiǎn)，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。此外，由于固化后的酚醛樹脂既不溶解也不熔融，導(dǎo)致酚醛氣凝膠難以降解回收。對(duì)于酚醛氣凝膠制備的軌道交通車輛的內(nèi)飾、次承載結(jié)構(gòu)(如天線梁、地板、頭罩等)來說，當(dāng)其使用壽命終結(jié)后，或車輛的內(nèi)飾等結(jié)構(gòu)更新?lián)Q代后，產(chǎn)生大量的固體廢棄物，如果酚醛氣凝膠難以降解回收，會(huì)造成大量的固體廢棄物堆積，占用大量寶貴空間，且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

4、此外，對(duì)于軌道交通車輛內(nèi)的承載結(jié)構(gòu)來說，對(duì)基體材料的力學(xué)性能要求較高，且為了保障車輛的安全性，對(duì)相關(guān)材料的阻燃性能要求較高，但是酚醛氣凝膠的阻燃性能有待提高，且酚醛氣凝膠的力學(xué)性能較弱，難以滿足越來越高的應(yīng)用要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

4、將酚類化合物、醛類化合物、水、芳基硼酸或其衍生物以及催化劑按比例混合后，在70-100℃進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)0.5-3h；

5、第一次水熱反應(yīng)完成后，降溫，然后向其中加入阻燃劑，在120-160℃進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)0.5-6h，得到酚醛水凝膠；

6、將酚醛水凝膠冷凍干燥后，固化，得到酚醛氣凝膠；

7、所述阻燃劑選自氫氧化鋁、強(qiáng)氧化鎂、三氧化二銻、硼酸鋅中的至少一種。

8、在一些實(shí)施例中，酚類化合物、醛類化合物、催化劑和芳基硼酸或其衍生物的摩爾比為100：50-90：0.5-5：10-40。

9、優(yōu)選的，酚類化合物、水和阻燃劑的摩爾比為100:0～50:1-15。

10、當(dāng)采用甲醛水溶液時(shí)，不需要額外加入水，采用粉末狀多聚甲醛時(shí)，才需要加入水。

11、在一些實(shí)施例中，酚類化合物為苯酚、鄰甲苯酚、間甲苯酚、對(duì)甲苯酚、萘酚、壬基酚、腰果酚、丙基酚、丁基酚、戊基酚或癸基酚中的一種或幾種的混合物。

12、在一些實(shí)施例中，所述醛類化合物為甲醛水溶液、多聚甲醛、乙醛、三聚甲醛或糠醛中的一種或多種的混合物。

13、甲醛水溶液即為市售的福爾馬林，其中，甲醛的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37％左右。

14、在一些實(shí)施例中，所述催化劑選自碳酸鉀、碳酸鈉、氨水、氧化鎂、氫氧化鋇或三乙胺中的至少一種。

15、在一些實(shí)施例中，所述芳基硼酸或其衍生物選自苯基硼酸、羥甲基苯基硼酸、聯(lián)苯硼酸、二苯基硼酸、二甲基苯硼酸、異丙基苯基硼酸、1,4苯二硼酸、甲基苯硼酸、乙基苯硼酸、丁基苯硼酸中的至少一種。

16、在一些實(shí)施例中，第一次水熱反應(yīng)的溫度為80-100℃，時(shí)間為1-3h。

17、優(yōu)選的，第一次水熱反應(yīng)的溫度為85-90℃，時(shí)間為1.5-2.5h。

18、在一些實(shí)施例中，第二次水熱反應(yīng)的溫度為120-160℃，時(shí)間為2-6h。

19、優(yōu)選的，第二次水熱反應(yīng)的溫度為140-160℃，時(shí)間為2-4h。

20、在一些實(shí)施例中，所述冷凍干燥為：先將酚醛水凝膠在-15～-25℃冷凍10-20h，然后冷凍干燥，得到酚醛干凝膠。

21、優(yōu)選的，所述固化的條件為：將得到的酚醛干凝膠先在110-130℃固化1-3h，然后在170-190℃固化2-5h，即得酚醛氣凝膠。

22、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述固化的條件為：將得到的酚醛干凝膠先在115-125℃固化1.5-2.5h，然后在170-180℃固化3-5h，即得酚醛氣凝膠。

23、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述固化的條件為：將得到的酚醛干凝膠先在120℃固化2h，然后在175℃固化4h，即得酚醛氣凝膠。

24、在一些實(shí)施例中，第二次水熱反應(yīng)完成，降溫后，還包括采用去離子水浸泡洗滌產(chǎn)物的步驟。

25、浸泡洗滌的次數(shù)為2-5次，優(yōu)選為3次。

26、第二方面，本發(fā)明提供一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠，由所述制備方法制備而成。

27、第三方面，本發(fā)明提供所述可降解型阻燃酚醛氣凝膠在制備軌道交通車輛內(nèi)飾或次承載結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

28、在一些實(shí)施例中，所述次承載結(jié)構(gòu)為天線梁、地板或頭罩。

29、第四方面，本發(fā)明提供所述可降解型阻燃酚醛氣凝膠的降解回收方法，包括如下步驟：將所述酚醛氣凝膠或所述酚醛氣凝膠基固廢浸漬于有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑與水的混合液中，在30-90℃浸泡至降解完成。

30、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑為乙醇或丙酮。

31、優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑與水的混合液中，有機(jī)溶劑和水的質(zhì)量比為0.2-20：1。

32、上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

33、本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)酚醛氣凝膠難以降解的缺陷，引入可降解的動(dòng)態(tài)硼酸苯酚酯結(jié)構(gòu)和b-o-b結(jié)構(gòu)，并利用其可以水解或醇解的特點(diǎn)，賦予酚醛氣凝膠可降解性；

34、在水熱反應(yīng)的后期加入添加型阻燃劑，避免了對(duì)酚醛樹脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，從而避免酚醛氣凝膠耐熱性、力學(xué)性能的下降，有效提高了酚醛氣凝膠的力學(xué)性能；添加型阻燃劑與酚醛氣凝膠無化學(xué)鍵作用，從而不影響酚醛氣凝膠的可降解性；

35、制備工藝操作簡(jiǎn)單，能耗低，成本低，制備過程易于控制；

36、降解過程安全環(huán)保，綠色無污染。

技術(shù)特征：

1.一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：酚類化合物、醛類化合物、催化劑和芳基硼酸或其衍生物的摩爾比為100：50-90：0.5-5：10-40；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：酚類化合物為苯酚、鄰甲苯酚、間甲苯酚、對(duì)甲苯酚、萘酚、壬基酚、腰果酚、丙基酚、丁基酚、戊基酚或癸基酚中的一種或幾種的混合物；

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：第一次水熱反應(yīng)的溫度為80-100℃，時(shí)間為1-3h；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：第二次水熱反應(yīng)的溫度為120-160℃，時(shí)間為2-6h；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的制備方法，其特征在于：所述冷凍干燥為：先將酚醛水凝膠在-15～-25℃冷凍10-20h，然后冷凍干燥，得到酚醛干凝膠；

7.一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠，其特征在于：由權(quán)利要求1-6任一所述制備方法制備而成。

8.權(quán)利要求7所述可降解型阻燃酚醛氣凝膠在制備軌道交通車輛內(nèi)飾或次承載結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；

9.權(quán)利要求7所述可降解型阻燃酚醛氣凝膠的降解回收方法，其特征在于：包括如下步驟：將所述酚醛氣凝膠或所述酚醛氣凝膠基固廢浸漬于有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑與水的混合液中，在30-90℃浸泡至降解完成。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可降解型阻燃酚醛氣凝膠的降解回收方法，其特征在于：所述有機(jī)溶劑為乙醇或丙酮；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可降解型阻燃酚醛氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用，包括如下步驟：將酚類化合物、醛類化合物、水、芳基硼酸或其衍生物以及催化劑按比例混合后，在70?100℃進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)0.5?3h；第一次水熱反應(yīng)完成后，降溫，然后向其中加入阻燃劑，在120?160℃進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)0.5?6h，得到酚醛水凝膠；將酚醛水凝膠冷凍干燥后，固化，得到酚醛氣凝膠；所述阻燃劑選自氫氧化鋁、強(qiáng)氧化鎂、三氧化二銻、硼酸鋅中的至少一種。在水熱反應(yīng)的后期加入添加型阻燃劑，避免了對(duì)酚醛樹脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，從而避免酚醛氣凝膠耐熱性、力學(xué)性能的下降，使酚醛氣凝膠輕量化效果明顯，阻燃性能好，力學(xué)性能好。

技術(shù)研發(fā)人員：張力,岳書靜,趙英男,張灝,鄧文超,張競(jìng)澤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中車成型科技（青島）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9