[发明专利]硅气凝胶复合保温材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种硅气凝胶复合保温材料及其制备方法，所述制备方法依次包括：通过硅溶胶液与硅烷交联剂制备凝胶前驱体、将纤维原料浸入凝胶前驱体中进行凝胶、蒸馏除水、疏水化处理、抽真空并干燥，最后得到保温隔热性能和力学性能均优异的硅气凝胶保温材料。本发明所提供的制备方法生产成本低，更利于工业化应用，且得到的硅气凝胶复合保温材料结合强度高，不易开裂，更利于使用。

技术领域

本发明涉及保温材料领域，更具体地说，涉及一种硅气凝胶复合保温材料及其制备方法。

背景技术

节能对于人类生存及可持续性发展具有重要意义，其不但是节约有限的资源，同时也可改善人类赖以生存的环境。寻找和研发有效的保温隔热材料，一直是被关注的课题，在材料领域的研究一直没有停止。低导热系数，阻燃耐高温，是保温隔热材料的核心指标。硅气凝胶(以二氧化硅气凝胶为代表)因其具有的纳米网络结构而有效地限制了局域热激发的传播，导致其固态导热系数比相应的玻璃态材料低2-3个数量级，由于具有三维网络结构，内部充满了小孔，阻止了热传导的途径，常温下，其导热系数可以只有0.015W/(m·K)，远低于常温下静态空气的导热系数0.025W/(m·K)，是目前导热系数最低的固体材料，同时作为综合性能最好的隔热保温材料而成为保温材料被研究和应用的发展趋势。

硅气凝胶的纳米级孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献，是实现高效隔热的关键特征，但是多孔气凝胶表现出的脆性导致加工性能差，也阻碍了其进一步的推广应用，因此也催生了大量的解决方案，从效果和可加工性考虑，比较公认的通过掺加纤维原料实现加强，尤其是采用纤维与硅气凝胶复合制备成硅气凝胶保温毡或类似的复合型材料，被认为能较好的解决这个问题，在提供优良的保温隔热性同时，因加工性提升，也是进一步扩大硅气凝胶应用范围的有效途径。

中国专利ZL 201410787165.8公开了一种玻纤复合型二氧化硅气凝胶保温毡的制备工艺，将二氧化硅气凝胶胶液喷淋到玻璃纤维毡上至其饱和吸收胶液并在碱性氛围中形成玻璃纤维毡气凝胶湿材料，经陈化和表面改性后，采用超临界流体CO₂干燥制成增强型气凝胶材料。类似的技术公开，ZL 201410779326.9中公开了一种高效隔热气凝胶复合板材及其制备方法，通过将纤维毡加入正硅酸乙酯溶胶中形成凝胶，采用酒精溶剂老化后再利用超临界流体干燥技术，制成一种导热率低于0.05W/(m·K)的气凝胶复合板材，相比于气凝胶块提升了可加工和应用性。

随着这种复合型气凝胶保温材料的广泛应用和需求增加，制造成本高的问题也被关注。如前述的在先公开技术，生产气凝胶保温毡或复合板材过程中，超临界干燥技术的引入是其重要环节。超临界流体干燥已经是气凝胶制备领域的成熟技术，该技术的引入解决了气凝胶在普通干燥条件下由于毛细管力导致的坍塌，从而保证气凝胶内的空洞结构，因此也已成为复合气凝胶材料生产中不可或缺的工艺环节。

目前已经工业化的制备技术，纤维原料与气凝胶的复合工艺一般是使气凝胶胶液通过喷淋等方式被纤维原料吸收，经干燥得到所述复合型保温材料，或者是使纤维原料与制备气凝胶的溶胶前躯体结合，进一步对形成的凝胶进行干燥，为得到隔热性和加工性较高的产品，制备气凝胶所选用的原料多数也选择有机硅(例如硅酸酯类有机硅)，原料的高成本也是制约因素之一。

可以说，采用二氧化碳超临界法，使得其工业化的投资较大，制约了生产企业的进入和规模化发展，价格高昂的有机硅原料，更提高了生产成本。

另一方面，气凝胶与纤维原料间的结合强度，也是影响这类复合保温材料的应用效果和寿命的重要因素，在保证材料保温性能的同时，无论是后期加工还是应用过程，气凝胶与纤维原料保持优良的结合性，也是评价保温材料(例如保温毡)性能的非常重要的指标。

发明内容

本发明提供一种硅气凝胶复合保温材料及其制备方法，不仅解决现有技术中存在的生产成本高的技术问题，还能够解决该类保温材料结合强度低、易开裂的技术问题。

本发明提供一种硅气凝胶复合保温材料的制备方法，包括以下过程：