[发明专利]一种制备氧化铝-二氧化硅柔性气凝胶隔热毡的方法

说明书

技术领域

本发明属于气凝胶材料领域，具体涉及一种制备氧化铝-二氧化硅柔性气凝胶隔热毡的方法。

背景技术

随着城市化率的提高、经济的发展，我国能耗总量持续上涨，2011年，中国已经超越美国，成为世界第一大能耗国，其能耗总量达34.8亿吨标准煤。“十一五”期间，我国钢铁、有色金属、石化、化工等的能源消耗为总能耗的40.2%，十二五期间要求钢铁、有色金属、石化、化工的能耗值比十一五期间分别下降18%、18%、18%、20%。在钢铁、有色金属、石化、化工等行业，需要大力推进结构节能，大力提升行业能源利用水平，加强重大节能技术的创新和示范，加大先进适用技术推广力度。有效合理的利用能源，减少能源的浪费，促进可再生能源发展，构建能源节约型社会。

要构建能源节约型社会，就必须减少能源的浪费，促进能源的循环使用，达到节能减排的目的。开发新的节能材料来降低这些工业能耗，是推进社会节能减排，提升能源利用水平，维持社会的可持续发展的必经之路。

传统工业节能材料如硅酸铝棉等或价格昂贵、或隔热效果不明显、或不耐高温、或有污染或使用寿命短而在工业领域不能得到大幅的推广使用。SiO₂气凝胶由于其特殊的纳米孔级和骨架颗粒，是目前公认热导率（常温下约为0.015W/m·K）最低的固态材料之一，因其化学稳定好，耐酸碱，疏水，在隔热节能领域具有广阔的应用前景。但是气凝胶的低密度和高孔隙率导致其强度低而不可直接作为隔热材料使用。其次，随着温度的升高，因为辐射传热成为主要的传热方式，气凝胶的隔热效果显著降低，传统的SiO₂气凝胶在600℃便失效。

为了能够使气凝胶在较高的温度下使用。为了提高气凝胶复合材料的力学性能，达到更好的隔热效果，通常对气凝胶进行掺杂改性处理或者与其他隔热材料复合使用。

众研究者多偏向于研究二氧化硅气凝胶隔热复合材料，对氧化铝-二氧化硅的研究偏少。氧化铝气凝胶不仅导热系数低（30℃，1atm热导率仅为29mW/mK，800℃、1atm热导率仅为98mW/mk），而且高温稳定性能好，长期使用温度高达950℃，是制备耐高温隔热材料的理想材料。但是，氧化铝气凝胶材料固有的强度低、脆性大、抗红外辐射能力差以及成型困难限制了氧化铝气凝胶在工业中的应用。

若将二氧化硅气凝胶与氧化铝气凝胶通过特殊的方式形成复合氧化铝-二氧化硅气凝胶，则可大幅提高气凝胶材料的使用温度。Osaki等以异丙醇铝和正硅酸乙酯为铝源和硅源，制备得到氧化铝-二氧化硅气凝胶在1200℃下时，比表面积仍有47m²/g。现有技术中也有研究耐超高温的隔热复合材料，如专利201010300112.0耐高温氧化铝-二氧化硅气凝胶隔热复合材料，采用依次制备氧化铝、氧化硅溶胶，混合溶胶被用来浸渍聚碳硅烷制备的含SiC涂层的增强纤维或预制件，进而得到增强纤维复合氧化铝-二氧化硅凝胶材料，凝胶材料经过干燥和老化后制得氧化铝-二氧化硅气凝胶隔热复合材料。该方法可制备耐1200℃高温的气凝胶复合隔热材料，但是制备工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种制备氧化铝-二氧化硅柔性气凝胶隔热毡的方法。

本发明的技术方案如下：

一种制备氧化铝-二氧化硅柔性气凝胶隔热毡的方法，包括如下步骤：

（1）将铝源置于水中进行水解反应和缩聚反应，得到稳定的氧化铝溶胶，其中铝源与水的摩尔比为1:30-300；

（2）将硅源、水、醇和上述氧化铝溶胶混合，在催化剂作用下，经水解和缩聚反应得到氧化铝-二氧化硅溶胶；

（3）将上述氧化铝-二氧化硅溶胶浇筑到纤维预制件上，形成浸胶预制件，再在氧化铝-二氧化硅溶胶凝固或不凝固的状态下对上述浸胶预制件进行超临界干燥，即得所述氧化铝-二氧化硅柔性气凝胶隔热毡。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（1）的铝源为异丙醇铝、氯化铝、硝酸铝、铝粉中的一种或混合。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（1）的水解反应的催化剂为硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（2）为先将硅源、水和醇混合得先驱体溶胶；将所述氧化铝溶胶加入该先驱体溶胶中；依次添加酸催化剂和碱催化剂，或仅添加碱催化剂，进行水解和缩聚反应得到氧化铝-二氧化硅溶胶。