一种淀粉琼脂复合基阻燃气凝胶的制备方法与流程

1.本发明涉及一种利用原位生成阻燃剂、以及黏土添加方式来改性淀粉基气凝胶的方法，涉及复合材料制备技术领域。


背景技术：

2.聚合物气凝胶因其质轻、多孔的特殊结构在建筑保温领域具有广泛的应用前景。植物多糖型气凝胶相较于传统的无机气凝胶材料，还具备生物可降解性、生物相容性以及环境友好的优点；然而，淀粉/琼脂基复合气凝胶材料力学性能差以及容易燃烧是限制其应用于建筑隔热保温领域的重要原因。
3.在气凝胶基体中引入阻燃剂是提高其阻燃性能简单高效的方法。氢氧化镁是高分子工业中应用广泛的环保型阻燃剂，但氢氧化镁比表面积大，晶粒间易发生团聚，因此与聚合物之间存在相容性差的问题；另一方面，氢氧化镁阻燃效率低，研究发现，>50wt％的氢氧化镁负载量才能达到足够的阻燃效果，这可能进一步损害填料与聚合物基体的相容性，导致气凝胶的机械性能下降，还会带来成本负担。专利cn110128698a公开了一种环保型阻燃抑烟剂的制备方法，是采用含钼硼酸酯活性剂对环保型无机阻燃剂(氢氧化镁、氢氧化铝、水镁石或水滑石)进行表面处理制得，活性剂均匀包覆在阻燃剂粉体表面，改善了阻燃剂粉体与聚合物基体的相容性，可应用于聚氯乙烯、丁晴橡胶、聚苯乙烯和不饱和树脂等高分子材料。专利cn112225945a公开了一种氢氧化镁
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微胶囊阻燃剂及其制备方法，以氢氧化镁作为阻燃芯，在阻燃芯外层依次包覆表面改性层、dopo层和聚合层，有效解决了阻燃剂阻燃效率低、在高分子基体中分散性和相容性差的问题。诸如上述的一些发明采用表面活性剂、饱和或不饱和的高脂肪酸盐以及硅烷偶联剂等对氢氧化镁阻燃剂进行了改性处理，一定程度上解决了阻燃剂与高分子基体的相容性问题，但改性剂的引入无疑伴随着新的工艺成本、环保问题，氢氧化镁的高添加仍然难解决。
4.凹凸棒石是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有较好的长径比和丰富的内孔道，高温下，凹凸棒黏土失去结构水产生水蒸气，可以阻隔氧气，并能产生稳定性较好的mgo、al2o3为主的氧化物隔层，是较好的增强材料又具有阻燃作用。凹凸棒在我国西北地区具有丰富的储量，完全满足工业生产需求。有效的拓宽此黏土矿的开发利用，使其资源价值转变为经济价值，服务于国民经济发展显得尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种在淀粉/琼脂复合气凝胶基体中成功负载氢氧化镁的简单、经济、环保的方法，解决氢氧化镁与其他高分子材料相容性差的问题。并引入储量丰富的黏土矿凹凸棒石以解决氢氧化镁的高添加，与此同时，也为资源丰富的凹凸棒黏土矿的开发利用开辟新的途径。
6.本发明的技术解决方案是：将淀粉和琼脂粉末在水浴锅中搅拌加热，使完全溶解得到淀粉/琼脂的混合溶胶；接着将氧化镁粉体与凹凸棒黏土的混合悬浮液经超声分散后
加入到混合溶胶中，继续加热搅拌使得氧化镁水化生成氢氧化镁；然后降温冷凝得到复合水凝胶，并通过冰箱冷冻以及真空冷冻干燥制得复合气凝胶。
7.优选地，所述的一种工艺简单、经济的淀粉/琼脂复合基阻燃气凝胶制备方法，阻燃剂氢氧化镁是通过氧化镁原位生成的。
8.优选地，所述的淀粉属于马铃薯淀粉。
9.优选地，所述的淀粉和琼脂浓度分别为2％、1％。
10.优选地，所述的氧化镁粉体与黏土的加入量为：氧化镁原位生成氢氧化镁的质量与凹凸棒质量分别占淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒总质量的(0％、0％；60％、0％；50％、10％)。
11.优选地，所述的水浴加热搅拌温度为99℃，转速500rpm,时间为4h。
12.优选地，所述的溶胶冷凝是将模具置于冷水环境快速实现的。
13.优选地，所述的冰箱温度为
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40℃，冷冻时间24h，真空冷冻干燥机温度为
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60℃，真空度为1pa，时间不低于60h。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.1、以马铃薯淀粉、琼脂为原料，具有来源广、生物可降解、天然无毒的优点。
16.2、采用原位生成的方式向高分子基体中引入氢氧化镁阻燃剂，工艺简单经济，能有效避免阻燃剂与高分子基体相容性差的问题，同时能提高气凝胶基体的骨架强度。
17.3、以在我国储量丰富、廉价的凹凸棒石黏土作为阻燃剂代替氢氧化镁，减少了氢氧化镁的高添加量，降低成本的同时拓宽了凹凸棒黏土的应用途径。
附图说明
18.图1为(a)几种淀粉/琼脂基复合气凝胶和(b)淀粉/琼脂气凝胶燃烧5s、(c)淀粉/琼脂/氢氧化镁气凝胶燃烧5s、(d)淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒气凝胶燃烧5s的光学照片。
19.图2为复合气凝胶压缩应力
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应变曲线。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本发明的技术解决方案做进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
21.实施例1
22.将20g马铃薯淀粉、10g琼脂粉末溶解在1000ml蒸馏水中，于99℃水浴加热搅拌锅中搅拌至完全溶解，将溶解好的混合溶胶倒入置于冷水的模具中冷凝成型，然后将成型好的水凝胶样品于
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40℃冰箱中冷冻后转入真空冷冻干燥机中干燥60h升华冷冻水，制得淀粉/琼脂复合气凝胶。
23.实施例2
24.将6.20g氧化镁粉体溶解在少量蒸馏水中，经磁力搅拌均匀后超声分散20min，将得到的氧化镁悬浮液加入到200ml实施例1得到的混合溶胶中，在99℃的水浴锅中继续加热搅拌4h，然后于模具中冷凝成型，得到的复合水凝胶于
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40℃冰箱中冷冻后转入真空冷冻干燥机中干燥60h升华冷冻水，制得淀粉/琼脂/氢氧化镁复合气凝胶。
25.实施例3
26.将5.17g氧化镁粉体和1.5g凹凸棒黏土溶解在少量蒸馏水中，经磁力搅拌均匀后超声分散20min，将得到的氧化镁悬浮液加入到200ml实施例1得到的混合溶胶中，在99℃的水浴锅中继续加热搅拌4h，然后于模具中冷凝成型，得到的复合水凝胶于
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40℃冰箱中冷冻后转入真空冷冻干燥机中干燥60h升华冷冻水，制得淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒复合气凝胶。
27.本发明公开了一种淀粉/琼脂复合基阻燃气凝胶的制备方法，利用原位生成以及添加黏土的方法对聚合物气凝胶进行阻燃改性。它是将淀粉和琼脂粉末在水浴锅中搅拌加热，使完全溶解得到淀粉/琼脂的混合溶胶；接着将氧化镁粉体与凹凸棒黏土的混合悬浮液经超声分散后加入到混合溶胶中，继续加热搅拌使得氧化镁水化生成氢氧化镁；然后降温冷凝得到复合水凝胶，并通过
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40℃的冰箱冷冻以及真空冷冻干燥制得氢氧化镁和凹凸棒黏土负载的淀粉/琼脂基复合气凝胶。本发明以资源丰富、可生物降解的淀粉/琼脂复合气凝胶为载体骨架，通过简单经济的原位生成的方式在聚合物气凝胶中引入阻燃剂氢氧化镁，解决了氢氧化镁与高分子基体相容性差的问题，并通过添加储量丰富，具有阻燃特性的矿物黏土来降低氢氧化镁的高添加，制得的复合气凝胶具有良好的阻燃效果，力学性能也得到提升，在建筑保温领域具有一定的应用前景。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种淀粉/琼脂复合基阻燃气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：将马铃薯淀粉与琼脂粉末分散在蒸馏水中，于水浴加热搅拌锅中溶解，得到淀粉/琼脂混合溶胶，密封好置于烘箱中备用；步骤2)：将氧化镁粉体与凹凸棒黏土分散在蒸馏水中，磁力搅拌均匀后超声分散；步骤3)：将步骤2)得到的悬浮液加入到步骤1)制得的混合溶胶中，在水浴锅中加热搅拌；步骤4)：将步骤3)得到的复合溶胶于模具中冷凝成型，得到淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒复合水凝胶；步骤5)：将步骤4)得到的复合水凝胶在冰箱中冷冻后置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，得到淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒复合气凝胶。2.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中马铃薯淀粉和琼脂浓度分别为2％、1％。3.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中水浴加热温度为99℃，搅拌速率为500rpm，烘箱温度不低于70℃。4.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中超声时间为20min。5.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中氧化镁粉体与黏土的加入量为：氧化镁原位生成氢氧化镁的质量与凹凸棒质量分别占淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒总质量的(0％、0％)。6.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中氧化镁粉体与黏土的加入量为：氧化镁原位生成氢氧化镁的质量与凹凸棒质量分别占淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒总质量的(60％、0％)。7.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中氧化镁粉体与黏土的加入量为：氧化镁原位生成氢氧化镁的质量与凹凸棒质量分别占淀粉/琼脂/氢氧化镁/凹凸棒总质量的(50％、10％)。8.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中水浴加热温度为99℃，搅拌速率为500rpm，搅拌时间为4h。9.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中冷凝成型是将模具浸泡在冷水中完成的。10.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中冰箱温度为
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40℃，冷冻时间24h,冷冻干燥机温度
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60℃，真空度为1pa，时间不低于60h。
技术总结
本发明公开了一种淀粉/琼脂复合基阻燃气凝胶的制备方法，将淀粉和琼脂粉末在水浴锅中搅拌加热，溶解得到淀粉/琼脂的混合溶胶；将氧化镁粉体与凹凸棒黏土的混合悬浮液经超声分散后加入到混合溶胶中，继续加热搅拌，降温冷凝得到复合水凝胶，得到的复合水凝胶在冰箱中冷冻后置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥。本发明以淀粉/琼脂复合气凝胶为载体骨架，通过简单经济的原位生成的方式在聚合物气凝胶中引入阻燃剂氢氧化镁，解决了氢氧化镁与高分子基体相容性差的问题，并通过添加储量丰富，具有阻燃特性的矿物黏土来降低氢氧化镁的高添加，制得的复合气凝胶具有良好的阻燃效果，力学性能也得到提升，在建筑保温领域具有一定的应用前景。景。景。


技术研发人员：黄大建 郭鑫 强小虎 欧阳成伟
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29