东京大学制备出一种隔热、阻燃的中孔纳米纤维素干凝胶

2021-02-03 14:09:42 作者：本网整理来源：中材建研建筑材料科学研究院分享至：

东京大学Tsuguyuki Saito等人利用纤维素纳米纤维（CNF）的可调粒子间相互作用特性，获得了具有高孔隙率和高SSA的中孔结构干凝胶。该CNF干凝胶具有出色的机械强度、良好的透光性、出色的隔热性以及阻燃特性，有望作为透光、隔热且承重的墙体构件。

【干凝胶材料的制备】

作者在湿凝胶中研究了两种不同的干燥温度（23和65°C）和四种不同的CNF浓度（0.5-2.0％）。随着CNF浓度的增加，湿凝胶具有更多的交联点，对毛细作用力更具抵抗力。但干凝胶的尺寸也随之变大，只有含1.0％CNF的干凝胶是形状规则的，更高浓度下的干凝胶则存在变形并且表面粗糙（图1a）。所有干凝胶的横截面均具有网络化的CNF结构（图1b），在2％的浓度和65°C干燥温度下，比表面积高达470 m2 g-1，这是迄今为止报道的纤维素干凝胶比表面积的最高值。

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图1 CNF干凝胶的结构

【隔热与阻燃性能】

该CNF干凝胶在大气压下的热导率约为0.06-0.07 W m-1 K-1，具有良好的隔热性能。此外，该干凝胶具有阻燃与自熄特性（图2）。即使干凝胶被点燃，火焰也能在很短的时间内（<0.01 s）自动熄灭。该自熄特性可由在CNF表面形成的氢氧化铝结构来解释。当氢氧化物暴露于火焰中时，它们会脱水，然后脱去的水逐渐蒸发。该反应是吸热的，因此可以防止火焰扩散。在该CNF干凝胶中，CNF表面被羧基紧密地覆盖，其抗衡离子铝离子是三价阳离子，能与羧酸根阴离子形成氢氧化物。产生的氢氧化铝可能是造成干凝胶具有自熄功能的主要原因。