[发明专利]黏土/海藻酸钠复合气凝胶阻燃材料及其制备方法

说明书

本发明涉及黏土深加工领域，公开了一种黏土/海藻酸钠复合气凝胶阻燃材料及其制备方法，该阻燃材料由以下质量比的组分组成：黏土：碳酸钙：海藻酸钠：葡萄糖内酯=100：1~5：5：1.75。以黏土为原料，采用海藻酸钠来改善气凝胶的机械性能，采用异丙醇‑水混合溶剂，所得水凝胶经冷冻、异丙醇溶剂置换及常压干燥得到。复合气凝胶孔径主要分布在5nm，孔隙率达98.8%，表观密度为0.03~0.06g·cm^‑3，导热系数为0.020~0.032W/(mk)。本隔热阻燃材料除了具有优异阻燃性能，良好的机械性能，符合生态环保的要求，且工艺周期短，溶剂消耗少，生产成本低，在建筑的阻燃隔热材料领域具备良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及黏土深加工领域，特别涉及一种黏土/海藻酸钠复合气凝胶阻燃隔热材料及其制备工艺。

背景技术

气凝胶作为近年来兴起的“超级”保温材料，导热系数远低于常见保温泡沫。黏土/高分子复合气凝胶作为新生的第三代材料，在具备无机和有机气凝胶的优异性能，例如来源丰富、可降解和生物相容性，在未来的隔热材料中有巨大的潜力。

利用黏土为原料来制备阻燃隔热气凝胶材料的研究，近年来受到研究者们的广泛关注。Wang等人报道了20-40wt%糠醇与10wt%纳米无机矿物膨润土浆料1:1混合，通过冷冻干燥技术制备得到密度为0.117g-0.179g/cm³复合气凝胶材料。该复合气凝胶的易燃性低，承受气体火焰不明显燃烧超过近20秒(Wang T, Sun H, Long J, et al. ACSSustainable Chemistry Engineering2016, 4 (5), 2601-2605.)。Zhao等人报道了采用5wt%膨润土，5wt%PVA及2wt%猪明胶或鱼明胶通过冷冻干燥技术制备得到密度为0.118g/cm³复合气凝胶。所得气凝胶的极限氧指数（LOI）最高可达到28.5%（Wang Y T , Zhao H Bo, Degracia K et al. Acs Applied Materials Interfaces, 2017, 9, 42258-42265）。

相对于传统的超临界干燥技术，目前环境友好型的冷冻干燥技术是制备黏土/高分子聚合物复合气凝胶最常用的干燥方法。但是，冷冻干燥仍需要相对低的温度、一定的压强范围及较高的设备投入等不足，限制了黏土/高分子聚合物复合气凝胶在建筑阻燃隔热的应用。常压干燥技术采用常规的常压设备，设备投入低，运行见到，不需要高压条件和特定的反应器，易于实现规模化生产，特别适合于生产建筑保温专用气凝胶材料。但是存在的不足是，干燥过程中气凝胶由于毛细管压力的作用气凝胶易塌陷。

为了防止湿凝胶常压干燥导致气凝胶塌陷，目前常采用多次对湿凝胶溶剂置换、表面改性增加支撑体等技术手段减少气凝胶塌缩现象。如中国发明专利(申请号为201410025590.3)公开了一种常压制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法是经多次溶剂交换、表面改性在常压下分级干燥得到气凝胶。Li等人(Li Y ,Tanna VA ,Carter K R, etal.Nanocellulose Aerogels Inspired by Frozen Tofu . ACS Sustainable Chem.Eng. 2017, 5, 6387-6391.)受到食品冻豆腐制备的启发，利用冷冻技术提高纤维素凝胶的机械应力，利用2-丙醇溶剂置换并解冻凝胶最后通过常压干燥法成功制备完整的纤维素气凝胶。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种黏土/海藻酸钠复合气凝胶阻燃隔热材料及其制备方法，本发明制备得到的阻燃隔热材料具有超低密度、良好的机械性能、低热导率和优异的阻燃性能，在建筑的阻燃隔热材料等领域具备良好的应用前景。

技术方案：本发明提供了一种黏土/海藻酸钠复合气凝胶阻燃隔热材料，由以下质量比的组分组成：黏土：碳酸钙：海藻酸钠：葡萄糖内酯=100：1~5：5：1.75。