一种增强型气凝胶复合膜材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，特别是涉及一种增强型气凝胶复合膜材料及其制备方法。

背景技术：

1、tio2因具有半导体特性，常被作为光催化氧化和光催化还原催化剂，但是tio2气凝胶的结构强度小，在制备过程中极易碎裂粉化很难形成理想的块状材料，限制了其生产和应用。现有相关技术主要通过复合增强体的方式提高其力学性能。然而引入增强体(例如，聚合物、纤维、膜材料、湿法纤维毡、针刺毡、纳米材料等)的方式往往存在结合力不足容易出现气凝胶脱落掉粉的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种增强型气凝胶复合膜材料及其制备方法，本发明提供的气凝胶复合膜材料兼具优异的光催化性能、力学性能和吸附性能。

2、本发明提供了一种增强型气凝胶复合膜材料，所述气凝胶复合膜材料包括改性聚四氟乙烯微孔膜和与所述改性聚四氟乙烯微孔膜复合的sio2-tio2复合气凝胶；所述改性聚四氟乙烯微孔膜为均匀分布有含氟硅烷偶联剂和无机纳米颗粒的聚四氟乙烯微孔膜。

3、优选地，所述无机纳米颗粒的含量为改性聚四氟乙烯微孔膜质量的1～5％；优选的是，所述无机纳米颗粒选自tio2、ceo2、zro、sio2中的一种或多种；

4、优选的是，所述无机纳米颗粒的粒径为1～10nm。

5、优选地，所述含氟硅烷偶联剂的含量为改性聚四氟乙烯微孔膜质量的0.02～1％，优选为0.06～0.85％；优选的是，所述含氟硅烷偶联剂为全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟己基乙基三氯硅烷中的一种或多种。

6、优选地，所述改性聚四氟乙烯微孔膜的孔径为0.2～2μm；和/或

7、所述气凝胶复合膜材料的孔隙率为90～97％。

8、本发明还提供了一种第一方面所述的增强型气凝胶复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

9、s1.将聚四氟乙烯粉料、油剂、无机纳米颗粒和含氟硅烷偶联剂混匀后，进行熟化，得到混合料；

10、s2.采用所述混合料进行成膜，得到改性聚四氟乙烯微孔膜；

11、s3.将所述改性聚四氟乙烯微孔膜与sio2-tio2复合气凝胶复合，得到增强型气凝胶复合膜材料。

12、优选地，所述聚四氟乙烯粉料占所述聚四氟乙烯粉料和所述油剂总质量的60～85％；和/或

13、所述油剂包括第一油剂和第二油剂。

14、优选地，在步骤s1中，包括如下子步骤：

15、将所述第一油剂与所述聚四氟乙烯粉料进行预混，得到第一预混料；

16、将无机纳米颗粒、所述第二油剂和所述含氟硅烷偶联剂混匀，得到第二预混料；

17、将所述第一预混料和所述第二预混料混匀，并进行熟化，得到所述混合料。

18、优选地，所述第一油剂占所述油剂总质量的78～90％；和/或

19、所述含氟硅烷偶联剂占所述第二预混料总质量的1～5％。

20、优选地，在步骤s3中，包括如下子步骤：

21、将sio2-tio2复合气凝胶前驱体分布在所述改性聚四氟乙烯微孔膜表面，经凝胶、陈化、干燥，得到增强型气凝胶复合膜材料。

22、优选地，所述sio2-tio2复合气凝胶前驱体中钛源和硅源的摩尔比为1:0.25～0.35；优选的是，所述钛源为钛酸酯；所述硅源为硅酸酯、硅酸盐中的至少一种。

23、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

24、本发明提供的气凝胶复合膜材料由sio2-tio2复合气凝胶与改性聚四氟乙烯微孔膜复合得到。通过引入含氟硅烷偶联剂和无机纳米颗粒对聚四氟乙烯微孔膜进行改性，能增强ptfe膜的表面粗糙度，提高溶胶凝胶在其表面的附着力，同时含氟硅烷偶联剂可以作为ptfe膜结构和气凝胶结构复合的桥梁，增加两者结合牢度。将sio2引入tio2气凝胶可以增强气凝胶材料的强韧性，可有效克服tio2气凝胶的结构强度小，在制备过程中极易碎裂粉化的问题，同时克服了将sio2粉末掺杂入tio2气凝胶中易导致sio2粉末分布不均匀的问题。

25、本发明将sio2-tio2复合气凝胶与改性聚四氟乙烯微孔膜复合不仅可以提高气凝胶和聚四氟乙烯微孔膜的结合强度，有效提升气凝胶复合膜材料的力学性能，解决了现有引入增强体的方式存在结合力不足容易出现气凝胶脱落掉粉的问题。

26、本发明提供的气凝胶复合膜材料兼具优异的光催化性能、力学性能，最大孔隙率可达到90～97％，对水中的污染物(罗丹明b)进行光催化，在30min内降解率大于97％(最高能达到100％)，本发明提供的气凝胶复合膜材料还可用于各种传感器、介电材料、吸附材料、催化剂及催化剂负载材料、电池隔膜材料、透气隔热材料等领域。

技术特征：

1.一种增强型气凝胶复合膜材料，其特征在于，所述气凝胶复合膜材料包括改性聚四氟乙烯微孔膜和与所述改性聚四氟乙烯微孔膜复合的sio2-tio2复合气凝胶；所述改性聚四氟乙烯微孔膜为均匀分布有含氟硅烷偶联剂和无机纳米颗粒的聚四氟乙烯微孔膜。

2.根据权利要求1所述的气凝胶复合膜材料，其特征在于，所述无机纳米颗粒的含量为改性聚四氟乙烯微孔膜质量的1～5％；

3.根据权利要求1所述的气凝胶复合膜材料，其特征在于，所述含氟硅烷偶联剂的含量为改性聚四氟乙烯微孔膜质量的0.02～1％；

4.根据权利要求1所述的气凝胶复合膜材料，其特征在于，所述改性聚四氟乙烯微孔膜的孔径为0.2～2μm；和/或

5.一种权利要求1-4任一项所述的增强型气凝胶复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯粉料占所述聚四氟乙烯粉料和所述油剂总质量的60～85％；和/或

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，包括如下子步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一油剂占所述油剂总质量的78～90％；和/或

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，包括如下子步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述sio2-tio2复合气凝胶前驱体中钛源和硅源的摩尔比为1:0.25～0.35；优选的是，所述钛源为钛酸酯；所述硅源为硅酸酯、硅酸盐中的至少一种。

技术总结
本发明提供了一种增强型气凝胶复合膜材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，该气凝胶复合膜材料包括改性聚四氟乙烯微孔膜和与改性聚四氟乙烯微孔膜复合的SiO2‑TiO2复合气凝胶；改性聚四氟乙烯微孔膜为均匀分布有含氟硅烷偶联剂和无机纳米颗粒的聚四氟乙烯微孔膜。本发明提供的气凝胶复合膜材料兼具优异的光催化性能、力学性能和吸附性能。

技术研发人员：高明伟,尹奕玲,张振,郭子洋,白亚飞,郗天琦,曹金亮,王静
受保护的技术使用者：南京玻璃纤维研究设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23