[發明專利]一種由竹纖維增強的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811335532.5
• 申請日: 2018-11-10
• 公開（公告）號: CN109364834A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 余厚詠;王闖;陳慰來;姚菊明;葛壽祥;周穎;李升鴻
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C09K21/14;A01N59/16;A01P1/00;A01P3/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 沈錫明

本發明提出了一種由竹纖維增強的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料及其制備方法，其特征在于以廉價硅酸鈉或水玻璃配制硅溶膠，添加并溶解適量的鋅鹽，后均勻混合一定的竹纖維，常壓干燥制得由竹纖維增強的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料。該材料的密度為50～1000 Kg/m3，導熱系數為0.03～0.20 W/(m·K)。該三元復合氣凝膠材料不僅具有氣凝膠的優良的阻燃隔熱性能，而且由于竹纖維的高韌性，克服了氣凝膠的脆性，極大地提高了材料的機械性能。尤其是該材料負載納米氧化鋅使其具備較強的防霉抗菌性能，顯著增加氣凝膠的比表面積和使用期限。該材料在阻燃性建筑保溫、管道運輸、食品冷藏等工程方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種多元復合氣凝膠的制備方法，特別涉及一種由竹纖維增強的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料及其制備方法，屬于氣凝膠制備領域。

背景技術

阻燃隔熱保溫材料是指具有絕熱性能、對熱流可起屏蔽作用的材料或材料復合體，通常具有質輕、疏松、多孔、導熱系數小的特點，可應用于有效隔熱和主動散熱。且隔熱保溫材料的多孔或纖維狀結構具有良好的吸聲功能，可作用于各種辦公樓、公共建筑、住宅的隔熱保溫和降噪應用。隔熱保溫材料導熱系數一般小于0.174W/(m·k)，表觀密度小于1000kg/m3。

二氧化硅(SiO2)氣凝膠是一種輕質多孔結構材料，作為新興的高效阻燃隔熱保溫材料逐漸受到人們的關注。它擁有較低的表觀密度、導熱系數、導電系數及折射系數和較高的比表面積、孔隙率等優良特性，在能源、催化、環保、醫藥、航天和建筑等領域的應用極具潛力。以正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷等有機硅源作為前驅體制備SiO2氣凝膠，產品性能雖較好，但有機硅源價格昂貴且有毒性，成本較高且污染環境，限制了工業化生產。CN108290741A和CN105377758A以水玻璃為硅源常壓干燥制備SiO2氣凝膠，成本較低、工藝簡單且安全，有利于工業化生產。但上述方法制備的氣凝膠疏松的網狀骨架結構導致其基體機械性能較差，無法承受較大的力的作用，這極大地限制了SiO2氣凝膠的應用。

因此近年來將氣凝膠與其它材料進行復合，成為了改善氣凝膠機械性能的一個重要途徑。竹纖維具有高強高韌性，且其生長周期短，高親水特性，和SiO2氣凝膠較好結合，適合工業化大規模制造生產增強的氣凝膠材料。CN103113043A提出了添加增強纖維的無機微納米粒子/聚合物復合建筑保溫氣凝膠材料及制備方法，這是一種類似于鋼筋混凝土的牢固結構。納米氧化鋅(ZnO)作為一種廉價的紫外線屏蔽劑，生產工藝簡單，耗時短。而且納米氧化鋅可以改善SiO2氣凝膠材料對光輻射熱的低阻隔率，尤其紫外線對人體的輻射傷害，具備優良的耐腐蝕性、防霉抗菌能力，可有效提高復合氣凝膠的使用期限。納米氧化鋅作為填料可增加材料的比表面積，且具有一定的光催化特性，在氣凝膠材料吸附有害物質的同時又能降解有害物質，從而達到有利的循環使用性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種由竹纖維增強的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料及其制備方法，該方法克服了傳統氣凝膠的脆性，提供了一種具有高比表面積、超疏水性、優異阻燃隔熱性能、優良的機械性能、防霉抗菌性能的三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料，在建筑保溫、管道運輸、食品冷藏等工程方面具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發明的技術方案是采用以下步驟：

1)硅酸鈉制備一定質量分數的水玻璃溶液或直接使用工業水玻璃稀釋為一定的質量分數；

2)添加并溶解適量比例的鋅鹽；

3)均勻混合一定含量的竹纖維；

4)混合的水玻璃溶液經過酸或堿催化制備硅凝膠；

5)硅凝膠老化、置換改性及常壓干燥制得三元復合氣凝膠阻燃隔熱材料。

所述步驟1)中一定質量分數的水玻璃溶液為3％～15％。

所述步驟2)中適量比例的鋅鹽為質量比1﹕100～2000(鋅鹽﹕水玻璃溶液)。