[發(fā)明專利]一種聚氨酯與二氧化硅氣凝膠復(fù)合絕熱材料及制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107034678B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇愛鮮;高元;董海兵
• 申請（專利權(quán)）人: 愛彼愛和新材料有限公司
• 主分類號: D06M15/568
• 分類號: D06M15/568;D06M15/572;D06M11/79;C08G18/10;C08G18/32;C08G18/66
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 張永革

本發(fā)明涉及一種聚氨酯與二氧化硅氣凝膠復(fù)合絕熱材料的制備，首先通過聚氨酯預(yù)聚物部分交聯(lián)得到聚氨酯溶膠，其次將二氧化硅溶膠浸潤玻纖氈后形成的凝膠（以下簡稱玻纖氈硅凝膠）浸入聚氨酯溶膠后使聚氨酯溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠，得到玻纖氈硅凝膠與聚氨酯的復(fù)合凝膠（以下簡稱聚氨酯復(fù)合硅凝膠），最后采用常壓干燥或超臨界干燥制得聚氨酯與二氧化硅氣凝膠復(fù)合絕熱材料。該材料在保持二氧化硅氣凝膠氈絕熱性能的同時，解決了其掉粉的問題，使氣凝膠氈的使用過程更加環(huán)保安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠絕熱材料的復(fù)合技術(shù)，具體涉及一種不掉粉的，在保溫隔熱領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的絕熱氣凝膠復(fù)合材料的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

氣凝膠是一種高孔隙率、孔洞中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)、超低密度的納米多孔輕質(zhì)材料，其特殊的納米多孔結(jié)構(gòu)使其具有很低的熱傳導(dǎo)系數(shù)、折射率和傳播系數(shù)，這些獨有的性質(zhì)使氣凝膠材料受到了很高的關(guān)注度。

氣凝膠孔隙率可達(dá)90%以上，孔洞尺寸為1-100nm，低密度范圍為3-500kg/m3，高比表面積200-1000m2/g，常溫常壓下的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.013W/mK，比靜止空氣的熱導(dǎo)率（0.025W/mK）還低，是一種典型的超級絕熱材料，是目前世界上熱導(dǎo)率最低的固體材料。

然而，對于一般的二氧化硅氣凝膠材料，由于其孔隙率極高，導(dǎo)致其強度和韌性都比較低，因此需對二氧化硅氣凝膠材料進(jìn)行增強才能使其正常使用。現(xiàn)在應(yīng)用最多的方案是采用纖維作為承力材料，二氧化硅氣凝膠作為功能性基材來進(jìn)行復(fù)合，這項方案在全球范圍內(nèi)得到認(rèn)可，解決了氣凝膠及其易碎和力學(xué)性能不好的難題。在國內(nèi)，自2012年以來，已經(jīng)相繼有多家企業(yè)進(jìn)入二氧化硅氣凝膠絕熱保溫的行業(yè)。

玻璃纖維和二氧化硅復(fù)合后，雖然大幅提高了氣凝膠的力學(xué)性能和韌性，但由于纖維的分割作用，大部分氣凝膠都以納米小顆粒的形式堆積在纖維的表面和縫隙中，在實際應(yīng)用中，這些小顆粒很容易受到外力的作用而掉出，納米顆粒經(jīng)人體吸入后，不但會造成潛在的危害，而且隨著顆粒的脫落，氣凝膠基材的性能也會受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種二氧化硅氣凝膠復(fù)合絕熱材料的制備方法；使氣凝膠絕熱材料的掉粉率大大降低。具體技術(shù)方案為：

（1）聚氨酯預(yù)聚物溶液的制備

將聚醚或聚酯多元醇在一定的真空度和溫度下脫水。按照一定的配比將脫水后的聚醚或聚酯多元醇與二異氰酸酯混合溶解在有機(jī)溶劑中，加入催化劑，在一定溫度下預(yù)聚1—2小時，得到預(yù)聚物溶液。

（2）聚氨酯溶膠的制備

在預(yù)聚物溶液中加入一定量的官能度大于等于三的多元醇化合物，使預(yù)聚體端基的異氰酸基（-NCO）與醇羥基進(jìn)行部分交聯(lián)形成溶膠。

（3）玻纖氈硅凝膠的制備

將正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷和甲酰胺進(jìn)行混合，混合均勻后加入水和乙腈，滴加一定鹽酸開始水解，水解后再滴加氨水，浸入玻璃纖維氈，形成玻纖氈復(fù)合二氧化硅的凝膠，將凝膠氈放入烘箱內(nèi)于一定溫度下老化4-6小時。凝膠老化后使用有機(jī)溶劑浸泡進(jìn)行溶劑置換。

（4）玻纖氈硅凝膠與聚氨酯凝膠的復(fù)合

將上述（3）制得的玻纖氈硅凝膠浸入上述（2）制得的聚氨酯溶膠中，添加一定量催化劑，在40-60℃下使聚氨酯溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠，得到聚氨酯復(fù)合硅凝膠。

（5）將聚氨酯復(fù)合硅凝膠在常壓或者CO₂超臨界下干燥，即得到二氧化硅與聚氨酯氣凝膠的復(fù)合絕熱材料。