导语

如何让超疏水､超隔热的明星材料—二氧化硅气凝胶，与水性环保的橡胶乳液“和谐共处”？青岛科技大学张建明团队破解了这一关键难题｡他们揭示了气凝胶表面化学基团在水相环境中的稳定性密码,并借助聚乙烯醇(PVA)的“双亲桥接”作用，成功将甲基改性气凝胶稳定､均匀地复合进多种橡胶乳液｡该成果发表于Chinese Journal of Polymer Science, 为开发新一代绿色高性能橡胶基隔热材料奠定了坚实基础｡

重要成果

本研究直击疏水气凝胶在水性体系中易团聚、破坏乳液稳定的核心痛点，提出了一个清晰的“两步走”创新解决方案：

精准的表面化学设计：团队制备了两种典型疏水气凝胶—乙氧基改性（E-SA）和甲基改性（M-SA）。研究发现，E-SA在水相中其乙氧基会发生水解，释放乙醇并导致结构坍塌；而M-SA的硅甲基（-Si(CH₃)₃）具有极强的耐水解性，能长期保持疏水性及完好的纳米多孔骨架。这一发现明确了表面化学是决定水相加工成败的首要因素。

图1 二氧化硅气凝胶在水体系中失效与稳定的机理示意图。(a) E-SA 的失效过程示意图；(b) M-SA 的稳定性机制示意图。

巧妙的PVA两亲桥接：利用PVA分子链上同时具有亲水羟基和疏水链段的特性，将其作为“分子桥梁”。PVA水溶液能有效浸润并分散M-SA，形成稳定浆料；该浆料再与橡胶乳液混合时，PVA又能在气凝胶与橡胶粒子界面形成兼容层，防止乳液破乳，实现均一复合。

图2 PVA作为桥梁实现疏水型二氧化硅气凝胶与多种胶乳的稳定复合

总结与展望

基于上述原理，团队成功制备了氯磺化聚乙烯（CSM）/M-SA复合材料。材料导热系数降幅超过50%，同时保留了橡胶固有的柔韧性和优异的耐酸碱性能。该材料已成功用于制造高性能隔热防护手套和耐腐蚀涂层，在极端化学环境中表现出色。

学术价值：建立了“表面化学-界面行为-胶体稳定”的完整构效关系链，为水性二氧化硅气凝胶复合材料设计提供了普适性理论指导。

应用前景：该绿色水相工艺易于放大，所制备的复合材料在特种防护装备、建筑节能保温、柔性电子热管理及管道防腐隔热等领域具有广阔应用前景，有望推动产业升级。

研究背景

二氧化硅气凝胶的极致隔热性能使其在节能、防护领域备受期待。然而，但其极强的疏水性与环保、易加工的水性橡胶体系存在根本性矛盾。此前，学术界与产业界对气凝胶表面基团在水相环境中的化学稳定性差异缺乏深刻理解，往往使用有机溶剂浸润二氧化硅气凝胶辅助分散，过程不环保且易破坏气凝胶的纳米多孔结构，导致其卓越的隔热性能大打折扣。从机理层面揭示问题根源，并据此设计解决方案，开发一种能在水相中直接、稳定复合疏水气凝胶的技术，成为实现橡胶复合材料轻量化、高性能化的关键瓶颈，也是行业长期寻求的突破方向。

本文成果发表于 Chinese Journal of Polymer Science。论文第一作者为韩艳春，通讯作者为李柏霄博后与张建明教授。

Citation

Han, Y. C.; Li, F. S.; Zhang, J. C.; Wang, Q.; Yang, G. H.; Yu, M.; Wang, F.; Duan, Y. X.; Zong, L.; Li, B. X.; Zhang, J. M. Stable integration of hydrophobic silica aerogels into rubber latex via poly(vinyl alcohol)-assisted aqueous processing for thermal insulating composites. Chinese J. Polym. Sci. 2026, 44, 821–832DOI：10.1007/s10118-025-3521-5     

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