[发明专利]一种疏水改性超级绝热材料用二氧化硅的制备方法

说明书

本发明提供一种纳米微孔结构不坍塌的超级绝热材料用二氧化硅的制备方法，包括：将二氧化硅浆料冷冻成固体后，进行真空冷冻干燥，得二氧化硅粉体，然后将二氧化硅粉体加热至130～180℃，一边搅拌一边加入硅氮烷，即得超级绝热材料用二氧化硅。本发明的有益效果在于：采用冷冻干燥的方式，使合成的二氧化硅的滤饼，经过冷冻成固体，在低温下抽真空，使二氧化硅微孔内得水由固体直接升华为气态水，把气态水脱除，由于脱除水时是由冰升华脱水，不存在水的表面张力，使超级绝热材料用二氧化硅干燥时纳米微孔不坍塌，具有良好的绝热效果；使用硅氮烷对二氧化硅产品进行表面改性，得到疏水的二氧化硅，解决纳米微孔二氧化硅吸水的现象。

本案是以申请日为2016-07-20，申请号为201610571448.8，名称为“一种超级绝热材料用二氧化硅的制备方法”的发明专利为母案而进行的分案申请。

技术领域

本发明涉及超级绝热材料，具体地说是一种疏水改性超级绝热材料用二氧化硅的制备方法。

背景技术

超级绝热材料用二氧化硅是指在预定的使用条件下，其导热系数低于“无对流空气”导热系数0.023W/m·k的绝热材料。纳米孔超级绝热材料用二氧化硅应同时具备以下几个特征：纳米孔超级绝热材料用二氧化硅几乎所有的孔径都应在60nm以下。在绝热材料中气孔尺寸是绝热性能的最主要因素，因此，只有绝热材料中的绝大部分气孔尺寸小于60nm时，才算进入了纳米材料的范畴。材料内大部分(90％以上)的气孔尺寸都应<40nm。根据分子运动及碰撞理论，气体的热量传递主要是通过高温侧的较高速度的分子与低温侧的较低速度的分子相互碰撞来进行的，由于空气中主要成分氮气和氧气的自由程均在70nm左右，纳米孔硅质绝热材料中SiO₂微粒构成的微孔尺寸小于这一临界尺寸时，材料内部就消除了对流，从本质上切断了气体分子的热传导，从而可获得比“无对流空气更低的导热系数。

高孔容二氧化硅应具有很低的体积密度。高孔容的二氧化硅存在大量的微孔，具有低堆积密度100Kg/m³。

超级绝热材料用二氧化硅在常温和设定的使用温度下，都应该有比“无对流空气”更低的导热系数。导热系数是衡量绝热材料性能优劣的主要指标。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。

超级绝热材料用二氧化硅具有较好的耐高温性能。

但现有的超级绝热材料用二氧化硅的制备工艺中，主要存在如下问题：

由于现有的二氧化硅合成工艺是在水溶液中合成，在干燥时必须要脱水。由于凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力的液体表面张力的存在，水的表面张力72.8mN/m(20℃)，γ＝ρghr/(2cosθ)，纳米微孔受到表面张力的影响使微孔坍塌，很难得到孔径集中度达90％以上且平均孔径在40nm以下的微孔大孔容的二氧化硅。

纳米微孔二氧化硅吸水性大，若使用时水进入会导致纳米微孔结构坍塌、水的导热系数远大于纳米的微孔二氧化硅，造成超效绝热材料用二氧化硅效果变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纳米微孔结构不坍塌的超级绝热材料用二氧化硅的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超级绝热材料用二氧化硅的制备方法，包括：

将二氧化硅浆料冷冻成固体后，进行真空冷冻干燥，得二氧化硅粉体，然后将二氧化硅粉体加热至130～180℃，一边搅拌一边加入硅氮烷，即得超级绝热材料用二氧化硅。