[發明專利]一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法

有效

• 申請號: 201610857506.3
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106630930B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 泰州浩納新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C04B20/02;C04B14/46;C04B14/38
• 代理公司: 深圳市恒程創新知識產權代理有限公司 44542
• 代理人: 趙愛蓉

本發明涉及保溫隔熱材料領域，具體涉及氣凝膠保溫隔熱材料，進一步涉及一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法。該方法是將礦物纖維表面的基團激活，并通過與親水性高分子材料交聯凝膠化，使礦物纖維表面形成凝膠從而具有柔性，進一步與二氧化硅濕凝膠復合均勻后形成復合凝膠，并將復合凝膠連續成型、階梯干燥得到成卷的氣凝膠保溫隔熱氈。該方法不但實現了連續穩定制備氣凝膠保溫隔熱氈，而且制備過程無需溶劑置換，氣凝膠網絡保持完整，得到的氣凝膠保溫隔熱氈具有柔性，不掉粉，極大地推動了氣凝膠在建筑保溫隔熱、石化行業、冶金行業的管道、爐窯及其它熱工設備領域的應用。

技術領域

本發明涉及保溫隔熱材料領域，具體涉及氣凝膠保溫隔熱材料，進一步涉及一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法。

背景技術

建筑能耗、工業能耗是目前能源增加最快的領域，因此通過使用高效的節能系統能夠有效的減少能耗。其中采用保溫隔熱材料是實現能耗降低的主要措施之一。但傳統保溫隔熱材料已越來越難以滿足節能的需求。因此低導熱系數、高溫不燃的高性能無機保溫材料成為建筑保溫節能技術的關鍵。

二氧化硅氣凝膠是一種由納米量級顆粒相互聚合形成的連續三維網絡結構，因其具有特殊的納米級微孔和骨架結構而致使其熱傳導效率、對流傳熱效率和輻射傳熱效率都得到了有效的限制，所以氣凝膠具有非常低的導熱系數，其在常溫常壓下為0.01W/(m.K)，是目前世界上導熱系數最低的固體材料。近年來隨著研究的深入和應用的拓展，氣凝膠逐漸由航天等領域向民用建筑保溫隔熱領域、工業保溫隔熱領域應用。其節能效果實現數量級上的提高，因此日益展現出巨大優勢和前景。特別是在建筑墻面保溫、石化行業、冶金行業的管道、爐窯及其它熱工設備，用氣凝膠作保溫隔熱材料替代傳統的保溫材料，節能優勢最為明顯。

氣凝膠性能主要由其納米孔洞結構決定，一般通過溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架，然后干燥除去液相溶劑從而得到氣凝膠。但由于凝膠骨架內部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會造成骨架的坍縮，氣凝膠制備技術核心在于避免干燥過程中由于毛細管力導致納米孔洞結構塌陷。

超臨界干燥技術是一種成熟的制備氣凝膠的技術，其通過反應釜內高壓，使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態的溶劑無明顯表面張力，從而實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構。但由于超臨界干燥技術對原料要求較高，通常以高純的有機硅為原料，而且設備處于高壓工作，因此對設備、工藝要求極高，特別是難以連續化量產。顯然，難以滿足建筑和工業領域的應用。

研究人員通過常壓干燥制備氣凝膠極大地降低了氣凝膠的成本，首先其原料適應性更廣，適應于包括硅酸鈉在內的各類無機硅，而且生產設備要求低、能耗低。但存在的問題是氣凝膠的網絡缺陷多，強度和韌性差。因此增強和復合成為氣凝膠應用首要解決的問題。

中國發明專利申請號201010515083.X公開了一種玻璃纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料，將玻璃纖維預處理與二氧化硅濕凝膠復合，然后老化、干燥得到增強的氣凝膠。這種通過纖維作為增強相，制備出增強型氣凝膠復合材料，提高了氣凝膠的力學性能，但氣凝膠以粉體存在，且氣凝膠與纖維連接不牢，在二次加工中易粉化掉粉。

中國發明專利申請號201610165874.1公開了一種玻璃纖維氈增強二氧化硅氣凝膠及其制備方法，通過玻璃纖維氈與二氧化硅氣凝膠膠液復合干燥得到了氣凝膠氈。玻璃纖維只能作外圍增強，氣凝膠自身增強并不明顯，因此干燥時形成的網絡塌陷缺陷較多。通常需要溶劑交換、長時間干燥老化才能保持氣凝膠網絡結構的完整。

常壓干燥制備氣凝膠降低了成本，但得到的氣凝膠易破碎，盡管采用各類纖維氈作增強載體，在使用中仍存在嚴重的掉粉和粉塵。而且為了防止氣凝膠在常壓干燥過程中網絡塌陷，通常需要長達幾十小時的老化和干燥。因此，存在難以連續化、規模化、穩定化制備的缺陷。

發明內容