[發明專利]一種疏水型二氧化硅氣凝膠絕熱復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410838655.6
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104556969A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 余盛錦;張蓉艷;孫倩倩;歐陽紅武;劉兵
• 申請（專利權）人: 納諾科技有限公司
• 主分類號: C04B32/00
• 分類號: C04B32/00;C01B33/145;C01B33/146
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所 33220
• 代理人: 蔣衛東

技術領域

本發明涉及一種氣凝膠絕熱材料的制備方法，尤其涉及一種疏水型二氧化硅氣凝膠絕熱復合材料的制備方法。

背景技術

二氧化硅氣凝膠是一種低密度、高孔隙率的納米多孔非晶態固體材料，透光率較高，又被稱作“藍煙”、“固體煙”，孔洞中充滿氣態分散介質，具有連續的納米級三維網絡結構及孔洞，是目前世界上已知的密度最小和的導熱系數最低的固體材料。其孔洞尺寸及網絡骨架均為納米級，孔洞尺寸分布范圍為1～100納米，網絡骨架顆粒尺寸分布范圍為1～30納米，這種特殊結構使其具有高孔隙率（80%～99.8%）、低密度（3～250kg/m3）、高比表面積（500～1000m2/g）、低介電常數（1.1～2.5）、低導熱系數（0.013～0.025w/（m·k））等特點，在力學、聲學、熱學、光學等多方面有獨特性質，在航天航空、軍工、石化、礦產、電子、醫用、冶金等等領域有廣闊的應用前景。

疏水型二氧化硅氣凝膠最常見的工藝為甲硅烷基化表面改性。大多以正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、水玻璃等為硅源進行水解縮聚，形成凝膠后，對凝膠進行甲硅烷基化改性，再進行超臨界干燥、亞臨界干燥或者常壓干燥，制備出的氣凝膠具有較佳的疏水性能及隔熱性能，能夠適用于更多的領域。

專利CN1126591C、CN1087172C、CN1126591C以水玻璃為硅源，經酸性離子交換樹脂、無機酸或氫氯酸溶液作用下，調節水玻璃水溶液至pH≤3，再通過加入堿來縮聚所得的硅酸，形成二氧化硅凝膠；再將二氧化硅凝膠用甲硅烷基化試劑進行表面改性后，經亞臨界干燥制得疏水的二氧化硅氣凝膠。

專利CN101503195A以正硅酸乙酯為硅源，與無水乙醇、草酸溶液混合于容器中密封后置于水浴中，水解后加入氨水形成凝膠，用無水乙醇置換凝膠中的水，用正己烷置換凝膠中的乙醇，再用改性劑和正己烷的混合液對凝膠進行表面改性，然后用正己烷置換未反應的改性劑，最后放入烘箱中分級干燥得到氣凝膠。用次方法制得的氣凝膠具有孔隙率高、比表面積大、疏水性好等優點。

以傳統硅源制備二氧化硅凝膠時，其形成過程是Si（OH）₄不斷交聯聚合的過程，這就決定了二氧化硅凝膠表面存在著許多無法交聯的-OH，而二氧化硅凝膠的改性過程就是-OH被疏水基團取代的過程，改性過程中表面改性劑從凝膠外部往內部逐漸擴散并和-OH進行反應，所以只有保證凝膠表面-OH的完全改性才能保證材料整體疏水。所以傳統工藝制備出的疏水性氣凝膠或氣凝膠復合材料中含有大量的疏水基團，以及大量吸附態的表面改性劑，通常在250℃以上，表面改性劑逐漸脫附，并以氣態的形式揮發出來，遇到氧氣及高溫即可被氧化；當溫度超過450℃時，疏水基團也將被分解、氧化。因此，當傳統工藝制備而成的二氧化硅氣凝膠及其復合材料放入500℃以上的環境中時，不可避免的會出現高溫放熱及起火燃燒現象，難以通過GB8624-2012建筑材料及其制品燃燒性能分級（A1級）的檢測（檢測要求在750℃的高溫下無燃燒，或火焰持續時間不超過20s），因而使得氣凝膠產品在某些高要求條件下使用存在安全隱患，也限制了氣凝膠產品的應用范圍及市場。同時傳統工藝中大量使用表面改性劑的使用還會對人體健康及生產安全帶來一定程度影響。

發明內容

針對現有技術的上述技術問題,本發明的目的是提供一種疏水型二氧化硅氣凝膠絕熱復合材料的制備方法,?本發明工藝簡單、生產周期短、成本較低、設備要求低、反應條件可控、產品性能優異，制備的二氧化硅氣凝膠復合材料具有整體防水性能、極低的導熱系數、優異的高溫絕熱性能，在保證材料整體疏水的情況下可通過不燃性檢測,其不燃性檢測達到A1級。

為達到上述目的,本發明是通過以下技術方案實現的：

一種疏水型二氧化硅氣凝膠絕熱復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）二氧化硅溶膠的制備：以硅氧烷為前驅體，將多種硅氧烷混合攪拌均勻，再加入有機溶劑、水，攪拌均勻，維持攪拌，再逐滴加入酸性催化劑調節溶液PH值至1～6，優選為1～5，在0℃～70℃恒溫6小時以上，優選為30～70℃恒溫8小時以上，得到澄清的二氧化硅溶膠；所述硅氧烷、有機溶劑、水的摩爾比為1:1～80:2～40，優選為1:1～70:2～30。通過對硅氧烷、有機溶劑、水的摩爾比的優化，可以調節氣凝膠的孔隙率、比表面積、密度及有機物含量，得到性能更佳的二氧化硅氣凝膠。

通過對二氧化硅溶膠制備條件的優化，可以使制得的溶膠顆粒粒徑更均勻、有機基團分布更均勻，使制備的氣凝膠復合材料的強度及疏水性更優。