气凝胶材料是一种由空气代替凝胶中的液体而自身网络结构没有改变的纳米多孔非晶固态材料。气凝胶材料具高孔隙率、低密度、高比表面积、高孔体积率等优点,因此它被广泛应用于多孔靶、吸附材料、保温材料、隔音材料、储能材料、过滤材料等,是当今热门的新材料之一。聚合物气凝胶具有机械性能好、密度低、保温性能良好等优点,其尺寸稳定性、阻燃性、耐水性较差则限制了它的实际应用。因此通过材料学设计,制备具有机械性能、阻燃性能、耐水性能、保温性能、尺寸稳定性能等综合性能优异并且成本较低的材料是聚合物气凝胶的发展趋势。本课题采用冷冻干燥技术,基于阻燃性能优异的藻酸盐制备气凝胶材料。首先通过调节藻酸盐溶胶的pH值,利用酸性环境能使藻酸盐溶胶交联的特性,以获得力学性能优异以及保温性能良好的藻酸盐气凝胶;在此基础上,通过将黏土与藻酸盐复合,引入不燃以及尺寸稳定的黏土制得藻酸盐/黏土气凝胶复合材料,以期提高气凝胶材料的尺寸稳定性和阻燃性能;本课题将阻燃、耐水的三聚氰胺-甲醛树脂与藻酸盐复合,制备出三聚氰胺-甲醛树脂/藻酸盐气凝胶复合材料,利用三聚氰胺-甲醛树脂与藻酸盐在酸性环境下能发生交联反应,亲水基团的减少可使气凝胶材料的耐水性能得到提高,并且三聚氰胺-甲醛树脂与藻酸盐形成双层网络结构,可使得气凝胶的力学性能进一步提高;最后采用双向冷冻法制备出层状藻酸盐气凝胶,利用各项异性材料特定方向对热传导的阻隔作用,以期进一步提升气凝胶材料的保温性能。采用动态流变仪、扫描电子显微镜、万能材料试验机、热重测试仪、氧指数测试仪、锥形量热计、导热系数仪等测试对气凝胶的形貌结构、力学性能、热稳定性、阻燃性能、保温性能等性能进行研究。研究结果表明:1.将藻酸盐溶胶的pH调节到6,能够有效提高藻酸盐溶胶粘度,从而提高气凝胶的力学性能,其压缩模量从A10-8的6.6 MPa提高到A10-6的26 MPa,藻酸盐气凝胶的导热系数小于0.041 W/(m·K);2.将黏土与藻酸盐复合,可在保持气凝胶的力学性能与保温性能的同时,有效提高其尺寸稳定性、热稳定性以及阻燃性能;3.将三聚氰胺-甲醛树脂与藻酸盐复合,通过预交联固化等处理后,气凝胶复合材料在保持阻燃性能、力学性能与保温性能的同时,能极大提高气凝胶复合材料的耐水性能,在水溶液中长期浸泡未出现形貌变化;4.制备出层状结构的藻酸盐气凝胶,平行于层方向上气凝胶的导热系数得到进一步降低,层状材料在保温领域有研究前景。可见,通过对藻酸盐气凝胶的复合改性,能有效提高气凝胶材料的机械性能、阻燃性能、耐水性能、保温性能等,赋予材料优异的综合性能,从而拓展材料的应用范围。