[發明專利]基于表面改性的二氧化硅—甲基丙烯酸甲酯復合氣凝膠材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610027303.1
• 申請日: 2016-01-16
• 公開（公告）號: CN105693958A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 李洪彥;劉洪麗;趙巍;周建國;李婧;李亞靜
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F220/14;C01B33/16
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于綠色建筑材料技術領域，更加具體地說，涉及一種具有高熱阻相界面的 二氧化硅氣凝膠材料的制備方法。

背景技術

建筑物能耗中透明圍護結構的熱量損失占很大比重，其原因很大程度上源自建筑物 玻璃構件的低隔熱性。特別是在環境和能源問題日趨嚴峻的當下，提高建筑透明圍護結 構的保溫隔熱水平，努力推進建筑節能，對于改善建筑熱環境、減輕環境污染、保護地 球資源和生態環境均具有較為深刻的意義。其實人們很早就意識到建筑透明圍護結構散 熱量大這個問題，提出了一些提高玻璃構件隔熱性的方法，比如中空或真空玻璃、熱反 射玻璃、Low-E玻璃和貼膜玻璃等。但是這些方法并未從根本上解決透明圍護結構散熱 的問題，或者說是這些玻璃構件的保溫隔熱方法還遠未達到我們的預期(劉念雄，秦佑 國，建筑熱環境，清華大學出版社，2005)。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate， 簡稱PMMA，英文Acrylic)，又稱做壓克力或有機玻璃，它的鑄板聚合物的數均分子量 一般為2.2×10⁴，相對密度為1.19～1.20，折射率為1.482～1.521，吸濕度在0.5％以下， 玻璃化溫度為105℃。具有高透明度，低價格，易于機械加工等優點，是平常經常使用的 玻璃替代材料。PMMA的導熱系數約為0.2W/m^.K，距離建筑保溫隔熱要求相去甚遠，與 此同時，PMMA材料機械強度、抗沖擊性能等仍然有可提升的空間(馬占鏢，甲基丙烯 酸酯樹脂及其應用，化學工業出版社，2002；厲蕾，顏悅，丙烯酸樹脂及其應用，化學 工業出版社，2012)。二氧化硅氣凝膠是一種新型低密度、透明、結構可控的納米多孔 材料。與傳統二氧化硅顆粒相比，二氧化硅氣凝膠具有連續的三維網狀結構，具有低密 度、高空隙率、高比表面積等結構特點(不同硅源制備二氧化硅氣凝膠的研究進展，王 妮等，材料導報A：綜述篇，2014年第28卷第1期，42-45)。同時具有優異的保溫隔 熱性能，常溫常壓下導熱率極低，是目前已知的導熱率最低的固體材料，在建筑保溫隔 熱領域具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高熱阻相界面的二氧化硅氣凝膠材料的制備方法，采 用超級絕熱材料二氧化硅氣凝膠，對其進行表面化學狀態調控，并將其與PMMA本體聚 合體系復合制備復合材料，制得的氣凝膠材料具有較高的隔熱性能和相界面熱阻。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

基于表面改性的二氧化硅—甲基丙烯酸甲酯復合氣凝膠材料及其制備方法，按照下 述步驟進行：

步驟1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氫的水溶液 中(即鹽酸)，室溫20—25攝氏度下攪拌5-30min后靜置30-180min，隨后加入0.01-0.2 重量份氫氧化鈉固體，攪拌至其完全溶解，將上述溶液靜置2-6h后得到濕凝膠，在濕凝 膠中加入0.1-1重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化銨，靜置2-6h后，將產物 置于CO₂超臨界高壓萃取裝置中，以CO₂為介質在溫度30-50℃和氣壓7-10MPa下進行 超臨界干燥至少1h，即可得到二氧化硅氣凝膠。

在所述步驟1中，進行超臨界干燥時間為2—3h。

在所述步驟1中，以CO₂為介質進行超臨界干燥，溫度為35—40℃，氣壓為8—9MPa。

在所述步驟1中，正硅酸乙酯為100—120重量份，氫氧化鈉固體為0.05—0.1重量 份，甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化銨為0.3—0.8重量份，12mol/L的氯化氫的水 溶液為0.3—0.8重量份。

在所述步驟1中，在正硅酸乙酯中加入氯化氫的水溶液中后，室溫20—25攝氏度下 攪拌10-20min后靜置60-120min，攪拌速度為每分鐘100—150轉；隨后加入氫氧化鈉固 體，攪拌至其完全溶解，攪拌速度為每分鐘100—150轉，將上述溶液靜置3—5h后得到 濕凝膠，在濕凝膠中加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化銨，靜置3—5h。