[发明专利]一种高效防火绝热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于绝热保温技术领域，尤其是涉及一种具有纳米孔结构的防火绝热材料。

背景技术

随着国防尖端技术的发展和人们节能意识的提高，能源节约已成为工业发展中的重点关注对象，绝热材料是广泛应用于建筑围护或者热工设备上的用于阻抗热流传递的材料或者材料复合体，其既包括保温材料，也包括保冷材料。绝热材料由于对热流有较强阻抗作用，可以用于房屋建筑的墙体、屋面或工业管道、窑炉等的保温和隔热。绝热材料一方面满足了建筑空间或热工设备的热环境，另一方面也节约了能源。

导热系数是衡量绝热材料性能优劣的主要指标。目前，超级绝热材料主要有真空绝热材料和纳米孔材料两种。近年来，纳米孔绝热材料作为一种新型的绝热保温材料，越来越受到人们的关注。纳米孔绝热保温材料的原理如下：处于静止状态的空气及大部分气体的导热系数都很低，但是由于它们的对流性能，以及对红外辐射的透明性，决定了它们无法单独用作绝热材料。为此，需要采用一些固体材料来限制它们的对流性能及透红外线性能。但是，几乎所有的固体材料都具有比静止空气大得多的导热系数。因而，为了最大限度降低固体材料的热传导，作为气体屏障的固体薄壁应尽量地薄。同时，设想将固体间空隙的大小限定到纳米数量级，则气体的传导及对流将基本得到控制，这类绝热材料的导热系数将低于静止的空气。

纳米孔绝热材料具有纤细的纳米网络结构，能偶有效地限制局域激发的传播，其固态热导率可比相应的玻璃态材料低2～3个数量级；又由于其孔洞尺寸通常在几到几十纳米，比常压下气体分子的平均自由程小，微孔洞内的气体分子对热传导的的贡献受到抑制。以硅气凝胶为例，硅气凝胶的折射率接近于1，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达到100以上，能有效地透过太阳光并组织环境唯独的红外热辐射，是一种理想的绝热材料。

但是目前的纳米孔超级绝热材料一般存在以下几个缺陷：(1)吸水性较大，如果有水进入则会直接导致纳米孔结构塌陷。(2)强度较低，制品抗压强度一般仅为1.0-1.3MPa。(3)制造成本过高，只能用于特殊设备及特殊要求的工程，其真正具有规模的市场还没有形成。(4)强度低、韧性差，不能单独作为块体材料用于绝热保温工程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种容重小、导热系数低、热稳定性强的高效防火绝热材料及其制备方法。

按照本发明提供的技术方案：一种高效防火绝热材料，其特征在于：该高效防火绝热材料包括各组分及重量配比如下：纳米级SiO₂：50～70份；液体溶胶：25～40份；结构稳定剂：5～10份；遮光剂：5～20份。

作为本发明的进一步改进，所述纳米级SiO₂采用焚烧法获得的硅灰或气相SiO₂；纳米级SiO2的粒径为1～100nm。

作为本发明的进一步改进，所述液体溶胶包括正硅酸乙脂(TEOS)和盐酸，正硅酸乙脂(TEOS)与盐酸的重量配比为：1∶5～1∶10；正硅酸乙脂(TEOS)加入盐酸中，溶解并稀释，形成液体溶胶。

作为本发明的进一步改进，所述结构稳定剂采用Al₂O₃。

作为本发明的进一步改进，所述遮光剂TiO₂。

一种高效防火绝热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按1∶5～1∶10的重量配比称取正硅酸乙脂(TEOS)和盐酸，将正硅酸乙脂(TEOS)加入盐酸中，溶解并稀释，形成液体溶胶；

(2)称取纳米级SiO₂50～70份，结构稳定剂5～10份；遮光剂5～20份，混合形成混合粉体，然后将混合粉体加入到步骤(1)中制备的液体溶胶中，加入碱性化合物调节PH值至5～7，同时强烈搅拌，然后进行静置陈化10～30天，使网络结构微区充分连接，得到强度较高的凝胶体；

(3)将步骤(2)中制备的凝胶体在水中反复浸泡洗涤20分钟以上，除去各种可溶离子，然后在常温下的乙醇中浸泡5～8天，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到SiO₂醇凝胶；