[发明专利]基于表面改性的二氧化硅—甲基丙烯酸甲酯复合气凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色建筑材料技术领域，更加具体地说，涉及一种具有高热阻相界面的 二氧化硅气凝胶材料的制备方法。

背景技术

建筑物能耗中透明围护结构的热量损失占很大比重，其原因很大程度上源自建筑物 玻璃构件的低隔热性。特别是在环境和能源问题日趋严峻的当下，提高建筑透明围护结 构的保温隔热水平，努力推进建筑节能，对于改善建筑热环境、减轻环境污染、保护地 球资源和生态环境均具有较为深刻的意义。其实人们很早就意识到建筑透明围护结构散 热量大这个问题，提出了一些提高玻璃构件隔热性的方法，比如中空或真空玻璃、热反 射玻璃、Low-E玻璃和贴膜玻璃等。但是这些方法并未从根本上解决透明围护结构散热 的问题，或者说是这些玻璃构件的保温隔热方法还远未达到我们的预期(刘念雄，秦佑 国，建筑热环境，清华大学出版社，2005)。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate， 简称PMMA，英文Acrylic)，又称做压克力或有机玻璃，它的铸板聚合物的数均分子量 一般为2.2×10⁴，相对密度为1.19～1.20，折射率为1.482～1.521，吸湿度在0.5％以下， 玻璃化温度为105℃。具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的 玻璃替代材料。PMMA的导热系数约为0.2W/m^.K，距离建筑保温隔热要求相去甚远，与 此同时，PMMA材料机械强度、抗冲击性能等仍然有可提升的空间(马占镖，甲基丙烯 酸酯树脂及其应用，化学工业出版社，2002；厉蕾，颜悦，丙烯酸树脂及其应用，化学 工业出版社，2012)。二氧化硅气凝胶是一种新型低密度、透明、结构可控的纳米多孔 材料。与传统二氧化硅颗粒相比，二氧化硅气凝胶具有连续的三维网状结构，具有低密 度、高空隙率、高比表面积等结构特点(不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展，王 妮等，材料导报A：综述篇，2014年第28卷第1期，42-45)。同时具有优异的保温隔 热性能，常温常压下导热率极低，是目前已知的导热率最低的固体材料，在建筑保温隔 热领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高热阻相界面的二氧化硅气凝胶材料的制备方法，采 用超级绝热材料二氧化硅气凝胶，对其进行表面化学状态调控，并将其与PMMA本体聚 合体系复合制备复合材料，制得的气凝胶材料具有较高的隔热性能和相界面热阻。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

基于表面改性的二氧化硅—甲基丙烯酸甲酯复合气凝胶材料及其制备方法，按照下 述步骤进行：

步骤1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氢的水溶液 中(即盐酸)，室温20—25摄氏度下搅拌5-30min后静置30-180min，随后加入0.01-0.2 重量份氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，将上述溶液静置2-6h后得到湿凝胶，在湿凝 胶中加入0.1-1重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化铵，静置2-6h后，将产物 置于CO₂超临界高压萃取装置中，以CO₂为介质在温度30-50℃和气压7-10MPa下进行 超临界干燥至少1h，即可得到二氧化硅气凝胶。

在所述步骤1中，进行超临界干燥时间为2—3h。

在所述步骤1中，以CO₂为介质进行超临界干燥，温度为35—40℃，气压为8—9MPa。

在所述步骤1中，正硅酸乙酯为100—120重量份，氢氧化钠固体为0.05—0.1重量 份，甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化铵为0.3—0.8重量份，12mol/L的氯化氢的水 溶液为0.3—0.8重量份。

在所述步骤1中，在正硅酸乙酯中加入氯化氢的水溶液中后，室温20—25摄氏度下 搅拌10-20min后静置60-120min，搅拌速度为每分钟100—150转；随后加入氢氧化钠固 体，搅拌至其完全溶解，搅拌速度为每分钟100—150转，将上述溶液静置3—5h后得到 湿凝胶，在湿凝胶中加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基氯化铵，静置3—5h。