[發明專利]一種制備復合SiO2氣凝膠氈的方法

有效

• 申請號: 201610134192.4
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105645921B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王天賦;彭戰軍
• 申請（專利權）人: 深圳中凝科技有限公司
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02
• 代理公司: 北京精金石專利代理事務所(普通合伙)11470
• 代理人: 劉曄

技術領域

本發明屬于保溫材料技術領域，尤其涉及一種制備復合SiO₂氣凝膠氈的方法。

背景技術

隨著全球經濟的發展，能源緊缺已經成為社會可持續發展所面臨的不可忽視的重大問題之一。傳統的纖維質保溫材料大多采用濕法或干法工藝生產，這類產品機械強度較高，應用領域較廣，但導熱系數相對較高，應用領域較廣，但導熱系數相對較高，保溫隔熱效果一般。氣凝膠作為一種新型的納米、多孔、低密度、非晶態材料，其具有很多獨特的性質：密度最小、孔隙率高、比表面積大、導熱率最低等，在能源、化工冶金、建筑節能和航空航天領域等具有廣泛的應用前景。SiO₂ 氣凝膠獨特的納米三位網絡結構，使其具有超低的固態導熱系數和氣態導熱系數，是目前保溫效果最優異的固態材料。但是純SiO₂氣凝膠的機械強度低，難以形成完整的整體材料，制約其實用性，難以推廣應用；尤其是傳統的超臨界干燥工藝成本高，操作流程復雜且危險性較大，更是限制了SiO₂ 氣凝膠的規模化生產。

中國專利申請201410787165.8公開了一種玻纖復合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，它主要利用玻璃纖維氈飽和吸收二氧化硅氣凝膠膠液并于特定條件凝膠，超臨界流體 CO₂干燥形成增強型氣凝膠材料。該發明制備的玻纖復合型二氧化硅氣凝膠保溫氈具有優良的保溫性能、機械性能、防火和防水性能，施工方便。制備方法避免了溶劑替換步驟，操作簡易，過程可控，生產可連續化。但該制備方法采用了傳統的超臨界CO₂干燥，其成本高，操作復雜。

發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種制備復合SiO₂氣凝膠氈的方法，其采用成本低廉的水玻璃為前驅體，在溶膠-凝膠過程中加入纖維氈經過老化、溶劑分級置換、表面修飾以及常壓干燥步驟，制備出具有超疏水功能、超低導熱系數，機械強度高的復合SiO₂氣凝膠氈，其制備方法簡單，有利于氣凝膠絕熱氈的規模化生產。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種制備復合SiO₂氣凝膠氈的方法，包括以下步驟：

A）溶膠-凝膠：將硅源與去離子水混合均勻得到硅溶膠，往上述硅溶膠加入堿性催化劑，調節pH為7-8.5，攪拌，得到混合均勻的硅溶膠；

B）一體浸泡：將纖維氈浸泡到A）步驟得到的硅溶膠中，使硅溶膠剛剛覆蓋纖維氈，取出，密封靜置得到纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體；

C）老化：將B）步驟得到的纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體在常溫下陳化6-48h，再置于乙醇溶液中，在45-60℃的條件下老化處理12-24 h；

D）溶劑分級置換：

先將步驟C）所得纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體置于由乙醇溶液與正己烷組成的混合液中置換1-3次，每次4-6h，得一級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體，所述混合液中乙醇溶液與正己烷的體積比為3：0.5-1；

將上述一級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體置于由乙醇與正己烷組成的混合液中置換1-2次，每次3-5h，得二級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體，所述混合液中乙醇溶液與正己烷的體積比為1：1-2；

將上述二級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體置于正己烷中置換1-2次，每次2-12 h，得三級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體；

E）表面改性處理：將所述三級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體置于由非離子型表面活性劑和硅烷偶聯劑組成的混合液中，在25-80℃條件下進行表面改性，改性后用由乙醇溶液和正己烷按體積比為1：5組成的混合液清洗5-8h；

F）常壓干燥：將經步驟E）處理后的三級置換纖維氈-SiO₂ 凝膠復合體在常壓條件下進行干燥，即得復合SiO₂氣凝膠氈。

優選地，步驟A）中所述硅源與去離子水的體積比為1：1-8，所述硅源為Na₂O?nSiO₂， n為3-5。

優選地，步驟A）中所述堿性催化劑選自氫氧化鈉或氨水。

優選地，步驟A）中所述堿性催化劑選自氨水。