[發(fā)明專利]一種常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810062792.X
• 申請(qǐng)日: 2008-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN101318659A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金承黎;張洪彪;張蓉艷;余盛錦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紹興納諾氣凝膠新材料研發(fā)中心有限公司;王榮海;金承黎
• 主分類號(hào): C01B33/14
• 分類號(hào): C01B33/14
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬化工材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種利用原位復(fù)合法和常壓干燥技術(shù)制備二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料的方法，

背景技術(shù)

氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的新型低密度、高孔隙率納米多孔材料，具有連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔洞尺寸和顆粒直徑范圍均為納米量級(jí)，典型孔洞尺寸為1～100nm，固態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元尺寸為1～20nm，孔洞率高達(dá)80.0％～99.8％，比表面積高達(dá)800～1000m²/g。氣凝膠在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面所呈現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)，如極低的固態(tài)和氣態(tài)熱導(dǎo)率、低折射率，低彈性模量、低聲阻抗、強(qiáng)吸附性能等，使其在航空航天、化工、節(jié)能建筑、軍事、通訊、電子、冶金等應(yīng)用領(lǐng)域有著十分廣闊的前景。

盡管氣凝膠的研究早已成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，但迄今真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)并予以廣泛推廣應(yīng)用的企業(yè)并不多。其主要原因在于氣凝膠的成型問(wèn)題。氣凝膠的制備多采用溶膠凝膠法，在濕凝膠干燥過(guò)程中，由于凝膠表面溶劑揮發(fā)，氣液界面被自由能更高的氣固界面所替代。為達(dá)到能量最低狀態(tài)，濕凝膠納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的溶劑通過(guò)毛細(xì)作用、滲透作用擴(kuò)散到濕凝膠表面，重新形成氣液界面。溶劑固有的表面張力所導(dǎo)致的毛細(xì)作用力以及凝膠孔徑不完全均勻造成的凝膠骨架各向異性最終表現(xiàn)出骨架宏觀上受到較大的應(yīng)力，引起骨架收縮開裂、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo)致制備所得的氣凝膠常常是粉體或顆粒，難以形成完整的塊體。即使通過(guò)各種途徑控制孔徑的均勻度、降低溶劑表面張力、采用無(wú)明顯氣液界面的超臨界干燥等方法制備出完整塊狀氣凝膠，其尺寸和強(qiáng)度也很難達(dá)到應(yīng)用所需的要求，且制備工藝復(fù)雜，不易控制，難以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

為制備出具有一定形狀和抗壓強(qiáng)度、可直接應(yīng)用的高品質(zhì)氣凝膠材料，需要對(duì)氣凝膠進(jìn)行二次成型處理。常見的方法有幾種，一是將氣凝膠與粘結(jié)劑或樹脂混合，壓制成所需的塊狀、板狀(例如公開號(hào)為CN1077556C和CN1104394C的專利文獻(xiàn))或顆粒狀(例如公開號(hào)為CN1258231A或CN101015781A的專利文獻(xiàn))，或填充于容器中(例如公開號(hào)為CN1875060A的專利文獻(xiàn))；另一種方法是將其凝膠與其他材料復(fù)合使用。綜合已有專利和文獻(xiàn)技術(shù)，現(xiàn)有的復(fù)合技術(shù)以二次復(fù)合為主，具體可分為三類：一是簡(jiǎn)單的三層或多層夾心式復(fù)合成型，例如公開號(hào)為CN1799686A的專利文獻(xiàn)公開了一種吸附用SiO₂氣凝膠——雙組分無(wú)紡氈復(fù)合材料及其制造方法，采用的就是兩層雙組分無(wú)紡氈夾一層顆粒狀SiO₂氣凝膠，或三層雙組分無(wú)紡氈夾兩層顆粒狀SiO₂氣凝膠，通過(guò)熱壓黏合方式成型。二是通過(guò)粘結(jié)劑或基體熔融方式將氣凝膠涂覆到底板表面，如公開號(hào)為CN1253309C的專利文獻(xiàn)公開了具有至少一含氣凝膠層和至少一其他層的多層復(fù)合材料、其制法和應(yīng)用，采用的則是利用粘結(jié)劑將氣凝膠與纖維材料復(fù)合的方式成型。三是通過(guò)將氣凝膠顆粒分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或非連續(xù)基體材料中，混合成型并固化，制備具有一定用途的復(fù)合材料。二次復(fù)合的方式很難使基體材料內(nèi)部孔隙完全被氣凝膠填充，氣凝膠在基體材料中或基體材料表面的均勻性也不好控制，在復(fù)合過(guò)程中難免產(chǎn)生粉塵等不利于環(huán)境的因素，且容易對(duì)原料造成浪費(fèi)，用于工業(yè)化生產(chǎn)有一定的局限性。產(chǎn)品在使用時(shí)也容易出現(xiàn)氣凝膠粉末從基體脫落的現(xiàn)象，從而影響了產(chǎn)品的使用壽命。產(chǎn)品在彎曲、振動(dòng)或受力后，很難保持理想的低絕熱、耐高溫等效果。

也有方法采用一次原位復(fù)合的方式，將氣凝膠在溶膠階段與其他增強(qiáng)材料如纖維、顆粒等進(jìn)行一次復(fù)合過(guò)程中，溶劑干燥時(shí)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)斷裂過(guò)程中纖維等材料的拔出作用以及纖維或顆粒對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)作用而消耗斷裂功，可提高氣凝膠的強(qiáng)度和韌性，制備出性能優(yōu)良，有較高耐壓強(qiáng)度，可直接應(yīng)用的氣凝膠復(fù)合材料。或是與有機(jī)高分子聚合物復(fù)合，形成的高分子與無(wú)機(jī)粒子相互穿插的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有最為常見的氣凝膠一次復(fù)合增強(qiáng)材料為纖維。纖維的形式可以是短切纖維，如超細(xì)硬硅鈣石纖維、水鎂石纖維等；也可以是連續(xù)態(tài)長(zhǎng)纖維，如纖維氈、纖維板。制備的方法是在溶膠中加入增強(qiáng)材料，形成復(fù)合凝膠，再通過(guò)干燥制備出具有一定強(qiáng)度的氣凝膠復(fù)合材料。必要時(shí)可加入分散劑、紅外遮光劑等輔助材料。