[發明專利]一種二氧化硅納米孔超級絕熱材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710510061.6
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107226710A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 張永華;許蘅
• 申請（專利權）人: 常州麒通國際貿易有限公司
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B111/40
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司11403
• 代理人: 馬驍

技術領域

本發明公開了一種二氧化硅納米孔超級絕熱材料的制備方法，屬于保溫隔熱材料制備技術領域。

背景技術

納米孔超級隔熱絕熱材料是指熱導率低于“無對流空氣”熱導率的絕熱材料，該材料氣孔尺寸小于空氣分子平均自由程（小于70nm），具有輕質、耐高溫、孔隙率高、導熱率低等優點，是一種理想的保溫隔熱材料。二氧化硅氣凝膠是目前研究最為廣泛的一種隔熱材料，其孔隙率高達80～99.8%，孔洞的典型尺寸為1～100nm，比表面積為200～1000m²/g，而密度可低達3kg/m³，室溫熱導率低至12mW/（m·K）。

純二氧化硅氣凝膠隔熱效果差，不耐高溫、力學性能低，而具有實用價值的納米孔超級絕熱材料應同時兼有良好的隔熱和力學性能，通常是將二氧化硅氣凝膠與紅外遮光劑以及增強體進行復合，以提高二氧化硅氣凝膠的隔熱和力學性能。常用的紅外遮光劑有碳化硅、二氧化鈦、炭黑、六鈦酸鉀等，常用的增強材料有陶瓷纖維、無堿超細玻璃纖維、多晶莫來石纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋯纖維等。Lee等通過在氣凝膠中摻加炭黑的方法來抑制熱輻射傳熱，這種方法在一定程度上提高了氣凝膠材料的高溫隔熱性能，但同時出現了炭黑高溫氧化問題，限制了其最高服役溫度。

此外，吸水率也是影響二氧化硅納米孔超級絕熱材料性能的主要因素之一。由于絕熱材料在生產、運輸和存放過程中難免要遇到潮濕的環境，如果吸水率過高，會導致材料絕熱性能、力學性能等下降而影響其正常使用。

因此，如何有效提高二氧化硅納米孔超級隔熱材料的使用性能，使其兼具良好的隔熱性能、優異的力學性能及疏水性，是二氧化硅納米孔超級隔熱材料的研究方向，其性能的優劣直接決定了使用性能和應用范圍。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是：針對傳統二氧化硅納米孔超級隔熱材料力學性能低，隔熱效果差，且吸水率過高，導致材料使用和儲存過程中絕熱性能下降而影響其正常使用的問題。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

（1）按體積比為20：1～30：1將正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯混合均勻，得混合液；

（2）將上述所得混合液與無水乙醇按體積比為0.6：1～0.8：1混合倒入反應釜，再向反應釜中加入無水乙醇體積1.2～1.8倍的草酸，密封恒溫水解反應8～10h后，打開反應釜，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.2～0.4倍的氨水；

（3）待氨水滴加完畢，靜置5～10min，再經溶劑交換和老化，得濕凝膠；

（4）按重量份數計，依次取30～50份上述所得濕凝膠，10～20份對苯二甲酸，100～200份溶劑，3～5份催化劑，恒溫攪拌混合反應后，依次用水洗、醇洗和正己烷洗滌，再經干燥，即得二氧化硅納米孔超級絕熱材料。

步驟（2）所述的草酸為濃度為0.01～0.02mol/L草酸溶液。

步驟（2）所述的密封恒溫水解反應條件為：水解溫度55～65℃，攪拌轉速300～500r/min。

步驟（2）所述的氨水滴加控制在45～60min內滴完；所述的氨水質量分數為10～15%。

步驟（3）所述的溶劑交換為采用無水乙醇交換3～5次，再用正己烷交換3～5次。

步驟（3）所述的老化條件為：室溫靜置老化20～40h。

步驟（4）所述的溶劑為二乙基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基亞砜中的一種。

步驟（4）所述的催化劑為質量分數為98%硫酸溶液。

步驟（4）所述的恒溫攪拌混合反應條件為：攪拌轉速200～400r/min，反應溫度75～85℃，反應時間為2～4h。

本發明的有益效果是：

（1）本發明首先通過正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯混合水解，水解產生的納米二氧化硅和納米二氧化鈦表面的羥基活性很大，彼此之間發生部分縮合，使二氧化鈦離子穩定且均勻分散于體系中，二氧化鈦作為紅外遮光劑加入后，能有效抑制材料在高溫下的紅外輻射傳熱，改善材料的高溫隔熱性能；

（2）本發明通過以濃硫酸為脫水催化劑，催化對苯二甲酸與體系中納米二氧化硅表面的硅羥基及納米二氧化鈦表面的鈦羥基發生脫水縮合，形成穩定的三維空間網絡結構，減少材料表面親水基團，有效提高材料的接觸角，從而提高產品的疏水性能，且得益于三維空間網絡的形成，使氣凝膠產品結構得以加固，力學性能得到有效提高，且苯環的加入，可有效提高產品在高溫下的耐氧化性能，從而提高產品的使用性能。

具體實施方式