[发明专利]采用无氯无醇工艺制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用无氯无醇工艺制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：S1、采用水性硅源为原料，以不含氯离子的酸调节溶胶的pH值，除盐后加入添加剂，搅拌均匀，得到第一混合溶液；S2、将纤维增强材料浸没在所述第一混合溶液中，完成凝胶固化；S3、将得到的复合凝胶材料静置，得到老化处理的复合凝胶材料；S4将老化处理后的复合凝胶材料放置于无氯、无醇置换剂中实现溶液均匀渗透；S5、使用无氯表面改性剂对所述复合凝胶进行表面甲基硅烷化改性；S6、对改性后的复合凝胶在进行干燥，得到二氧化硅气凝胶复合材料。本发明提供一种配方中无氯离子、无醇类物质制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法。

技术领域

本发明涉及二氧化硅气凝胶复合材料制备领域。更具体地说，本发明涉及一种采用无氯无醇工艺制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种新型的纳米、多孔、低密度、非晶态材料，具有连续的三维网络结构。二氧化硅气凝胶的孔洞率高达80％-99％，孔洞典型尺寸为1-100nm，具有折射率低、杨氏模量小、声阻抗低、导热系数低和吸附性能强等优点，在化学、热学、光学、声学、电学等方面表现出独特性质。二氧化硅气凝胶在国内外已经投产使用，国内的产业化规模增速较快，已在石油化工、热力管网、新能源汽车等多个领域投入使用并展现出优良的性能。

气凝胶的研究近些年已成为研究者关注的热点，但实现规模化生产的企业不多。其主要原因在于气凝胶的干燥问题。气凝胶的制备多采用溶胶凝胶法，在湿凝胶干燥过程中，由于凝胶表面溶剂挥发，固液界面被自由能更高的气固界面所替代。为达到能量最低状态，湿凝胶纳米多孔网络结构中的溶剂通过毛细作用、渗透作用扩散到湿凝胶表面，重新形成气液界面。溶剂固有的表面张力所导致的毛细作用力以及凝胶孔径不完全均匀造成的凝胶骨架各向异性最终表现出骨架宏观上受到较大的应力，引起骨架收缩开裂、网络结构坍塌，即使通过各种途径控制孔径的均匀度、降低溶剂表面张力、采用无明显气液界面的超临界干燥等方法制备出完整块状气凝胶，其尺寸和强度也很难达到应用所需的要求，且制备工艺复杂，不易控制，难以进行产业化生产。块状气凝胶的应用也受到气凝胶极低的剪切强度的限制而受限，因此必须采用其他方法对气凝胶进行强化处理。

现有最为常见的气凝胶一次复合增强材料为纤维。纤维的形式可以是短切纤维，如超细硬硅钙石纤维、水镁石纤维等；也可以是连续态长纤维，如纤维毡、纤维板。制备的方法是在溶胶中加入增强材料，形成复合凝胶，再通过干燥制备出具有一定强度的气凝胶复合材料。必要时可加入分散剂、无机添加剂等辅助材料。