[發明專利]二氧化硅氣凝膠粉體/玻璃結合劑復合隔熱材料的研制

有效

• 申請號: 201310497962.8
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN104556967B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 何方;吳菊英;黃渝鴻;鄭偉;王宏雁;馬秋花;朱賀
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: C04B32/00
• 分類號: C04B32/00
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

本文公開了一種二氧化硅氣凝膠粉體/玻璃結合劑混合制備的新型隔熱材料。本發明以二氧化硅氣凝膠粉體和低熔點玻璃結合劑為主要成分，將玻璃結合劑與二氧化硅氣凝膠粉體、高分子聚合物混合，同時向其中添加消泡劑，潤濕劑等助劑，制備混合漿料，然后將漿料涂抹成試樣，再將試樣進行熱處理，加熱燒結后得到二氧化硅氣凝膠粉體/玻璃結合劑復合材料。二氧化硅氣凝膠粉體隔熱性能優異，將它與玻璃粘結劑混合制備的復合材料，在500℃～800℃下具有良好的隔熱性，擴大了二氧化硅氣凝膠應用的溫度范圍。

技術領域

本發明涉及一種新型隔熱材料，具體是一種玻璃粘結劑粘附二氧化硅氣凝膠粉體的復合隔熱材料。二氧化硅氣凝膠作為一種新型隔熱保溫材料，其在建筑墻材，保溫窗，太陽集熱器，航天航空器上有著廣泛的應用，將低熔點玻璃結合劑與二氧化硅氣凝膠粉體混合制備的隔熱材料強度高，氣密性好，隔熱性能優異，在中低溫隔熱領域有著巨大的潛力。

背景技術

二氧化硅氣凝膠是一種輕質納米非晶固態材料，具有獨特的三維網狀結構以及納米級的固體相和孔隙結構。氣凝膠的熱穩定性好，甚至在900℃高溫下仍具有較好的多孔網絡結構。常用二氧化硅氣凝膠主要有兩種形式，一種是塊體材料。但是塊體氣凝膠質脆易碎，制備時容易產生裂紋，實際應用過程中，會出現填充不充分的問題。另外一種為二氧化硅氣凝膠粉體。與塊體氣凝膠相比，氣凝膠粉體可以與其他材料相結合生成其他復合材料，如氣凝膠防熱氈，氣凝膠涂料等，可以極大提高氣凝膠的使用范圍。二氧化硅氣凝膠粉體最常用的制備方法，一種是機械法，即通過機械方法將大塊的氣凝膠粉碎成形狀不規則的小顆粒，然后通過篩網篩選，粒徑均勻的氣凝膠顆粒，另一種可行的方法是霧化法，主要方法是將硅源水解后形成的硅溶膠通過霧化器分散到乳化液中，然后在乳化液中添加催化劑進行凝膠，由這種方法得到的二氧化硅氣凝膠顆粒外觀形態為微米級的小球，形狀規則，宏觀粒徑可控，品質均勻穩定。

二氧化硅氣凝膠粉體具有良好的隔熱性能，在實際應用中常用聚合物作為載體。目前市場上常用的聚合物結合劑為有機物乳液（包括純丙乳液，苯丙乳液，丙烯酸乳液等）以及一些有機樹脂（環氧樹脂，丙烯酸樹脂，酚醛樹脂，聚氨酯等）。這些粘結劑具有很強的粘結性，與二氧化硅氣凝膠粉體復合制備的隔熱涂料，熱導率較市場同類產品更低，隔熱性更好。但是這些有機粘結劑的熔點較低，耐熱性差，溫度升高時易分解，這就導致復合材料只能在低溫時使用。如果要提高材料的隔熱范圍，必須采用一種的無機材料作為氣凝膠微球的粘結劑，低熔點玻璃粘結劑是一個不錯的選擇。低熔點玻璃結合劑具有良好的耐熱性和化學穩定性，機械強度高。使用時選擇具有合適溫度和熱膨脹系數的玻璃，可實現不同材料之間的相互封接。低熔點玻璃結合劑的成分復雜，主要有以下幾個體系。硼鉛兩元體系，主要組成為硅酸鹽、硼酸鹽、硼硅酸鹽玻璃。這類體系的熔化溫度高，常加入一些SiO2，BaO，ZnO，Al2O3等成分來增加其化學穩定性。鉛鋅硼三元體系，次要成分為SiO2，BaO，Al2O3等。它與硼鉛兩元體系最大的不同在于可通過調節析出晶相的種類和數量來調節膨脹系數和膨脹特性。目前鉛鋅硼三元體系中應用最廣的是PbO，B2O3，ZnO和低膨脹系數的ZnO-B2O3體系。除此以外，磷酸鹽、釩酸鹽、BiO3- B2O3-SiO2和ZnO- B2O3-SiO2等不同體系的低熔點玻璃也在加緊研制。低熔點玻璃目前多用作封裝材料，如管殼封裝，涂層封裝，鈍化膜層以及陶瓷，金屬，玻璃之間的相互封接。本發明將這種低熔點玻璃作為一種中溫粘結劑制備二氧化硅氣凝膠粉體復合隔熱材料。低熔點玻璃結合劑屬于無機材料，長期使用不易開裂，使用壽命長。

發明內容

本發明提供了一種二氧化硅氣凝膠粉體/玻璃結合劑復合隔熱材料，這種復合材料隔熱性能好，導熱系數低。采用的技術方案主要是采用高分子聚合物將玻璃結合劑與二氧化硅氣凝膠粉體粘結后在室溫下干燥固化，然后再通過高溫燒結。為了加快玻璃結合劑的熔化速度，應盡量減小粘結劑的粒徑。