[發明專利]一種納米孔絕熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200710036456.3
• 申請日: 2007-01-12
• 公開（公告）號: CN101219873A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 石明偉;胡津津
• 申請（專利權）人: 上海船舶工藝研究所
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B14/06;C04B14/38;C04B24/24
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司
• 代理人: 李浩東

技術領域

本發明屬于無機絕熱材料領域，特別是涉及一種具有納米孔結構的絕熱材料的制備方法。

技術背景

目前常用的無機絕熱材料如石棉、玻璃棉、巖棉、硅酸鋁纖維等纖維狀材料及膨脹珍珠巖、泡沫玻璃、微孔硅酸鈣等泡沫狀材料雖然已得到廣泛的使用。但它們在高溫條件下(如500℃以上)的隔熱效果并不好，這是由于材料中的空隙尺度比較大，無法有效阻止熱傳遞中的對流傳熱。如果一種材料其內部結構有的空隙和國相部分的粒子其尺度范圍在100nm或以下，那么它能有效地限制這種材料的熱對流和熱傳導，從而能獲得良好的絕熱性能。

最早期的納米孔材料是采用硅源溶膠來形成凝膠，若將凝膠中的液相除去變形成了硅氣凝膠，由于硅氣凝膠具有納米級的空隙，因此能有效地限制其空隙內的氣體熱對流。但是這種氣凝膠的制備需要在高溫高壓下進行超臨界干燥，給材料的制備帶來了極大的困難，美國專利說明書US-2093454和US-3672833公開了這種材料的制備方法。

美國專利說明書US4610863中使用液態CO₂來置換原來凝膠中溶劑的方法來降低干燥壓力，但使用液態CO₂置換過程相當困難，并且還是需要在高于8.09MPa的高壓下進行干燥。

為了避免超臨界干燥所帶來的困難，美國專利說明書US?6172120和US6315971及中國專利局公布的CN1158598A專利中分別采用了各種表面修飾和溶劑清洗的方法來降低凝膠中的表面張力，從而來避免制品在干燥時所產生的收縮和開裂。該方法的缺點是4-6次的溶劑清洗給制品的制備帶來很大的麻煩，另外制作周期長，溶劑耗量大等也給材料的制備帶來困難。

在中國專利CN1214319A專利和CN1636917公布的技術中，分別采用玻璃纖維和微孔硬硅鈣石作為骨架增強材料來提高其結構的完整性，但在這些專利說明書中，仍舊采用了超臨界干燥這一工藝。

以上發明專利雖然所制備的材料具有良好的絕熱性能，但是制備條件苛刻，給實際操作造成了很大的不便。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種導熱系數低、制作方便、能免去煩雜的溶劑置換和超臨界干燥過程，并易于成形的納米孔絕熱材料的制備方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。

本發明的納米孔絕熱材料是由如下重量百分比的組份制備成的：

納米級的二氧化硅：????25-85％

硅源溶膠：????????????5-25％

無機增強纖維：????????0-30％

結構增強劑：??????????0-10％

表面改性劑????????????0-5％

遮光劑????????????????0-40％

催化劑：??????????????使體系的pH數值為4～7

稀釋劑：??????????????余量。

所說的納米級的二氧化硅選自火焰硅灰、白碳黑或氣相二氧化硅，可以采用市售產品，如Degussa公司的Aerosil?R812產品，其粒徑為7～14納米；

所說的硅源溶膠選自正硅酸乙脂、硅溶膠或其它膠體二氧化硅；

所說的無機增強纖維選自高純玻璃纖維，硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維等，要求這些纖維具有950℃以上的使用溫度；

所說的結構增強劑選自環氧樹脂乳液、硅-丙乳液、苯-丙乳液、有機硅樹脂乳液，這些乳液的粒徑要求在10～50納米范圍內；

所說的表面改性劑選自帶有活性基團的硅氧烷，如親水性氨基硅油、羥基硅油、含氫硅油或甲基硅油等硅油類乳液，可以采用Wack公司生產的Silres產品；

所說的遮光劑選自二氧化鈦、三氧化二鉻、三氧化二鐵、氧化鋯、碳化硅等材料的超細微粉，原始粒徑≤250納米，可以采用DuPont公司生產的Ti-Pure?R-103產品；

所說的催化劑是能電離出H+離子的無機酸或有機酸，優選鹽酸、硫酸、草酸、乳酸或甲酸、乙酸；

所說的稀釋劑為水或體積濃度為30～95％的甲醇、乙醇、乙二醇，優選乙醇；

上述的納米孔絕熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將硅源溶膠加稀釋劑，解并稀釋成二氧化硅重量濃度為10-20％的水合溶液或醇溶液，然后加入結構增強劑、表面改性劑和催化劑，使體系的pH數值為4～7，獲得液體溶膠；

(2)將納米級的二氧化硅與遮光劑進行混合，獲得粉體，將粉體加入步驟(1)的液體溶膠，得到膏體狀的凝膠材料；