[发明专利]一种纳米多孔隔热保温材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米多孔隔热保温材料及其制备方法。所述具有纳米多孔结构的隔热保温材料的制备方法，将包含用于制备无机水溶胶的原料溶于水形成水含量为5～40wt%的预制体；所述无机水溶胶包括二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、三氧化二铝溶胶、氧化锌溶胶中的至少一种；将所述预制体加热使水汽化并维持其形态基本不变；通过膨化增大材料体积至达到所需的孔隙率，得到具有纳米多孔骨架结构的隔热保温材料。

技术领域

本发明属于隔热材料加工与应用领域，主要涉及一种具有纳米多孔结构的隔热保温材 料及其制备方法。

背景技术

现有的隔热保温材料一般是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的 网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构 和高孔隙率等特点，是目前所知密度小的固体材料之一。该类保温材料于20世纪30年代由 Kistler教授首先制得。由于其制备过程烦琐而冗长，价格昂贵且易脆等缺点，在很长一段时 间内没有引起关注。自20世纪70年代以来，随着溶胶-凝胶技术的快速发展，以二氧化硅 为主的无机隔热保温材料、以间苯二酚/甲醛和三聚氰胺/甲醛缩聚物为代表的合成聚合物隔 热保温材料的研究和开发获得了广泛的关注。该类保温材料内大量纳米尺寸的开孔结构赋予 了材料超高孔隙率(80％～99.8％)、高比表面积(100～1600m²/g)、超低密度(0.004～ 0.500g/cm³)等特性，使之在光学、电学、声学、热学和催化等众多领域具有广阔的应用前 景。

由专利CN108793172A提出在制备时，先将TEOS、MTMS和APTES混合得混合试 剂A，将乙腈和去离子水混合得混合试剂B，然后将混合试剂A和B的温度降至0℃；再将 降温后的两种试剂混合，并室温下老化，得湿凝胶，湿凝胶依次经乙醇和乙腈溶剂交换后， 先在六亚甲基二异氰酸酯的乙腈溶液中浸泡，然后将其转移至乙腈溶液中，并于70℃下保 温72h，再将湿凝胶置于乙腈溶液中进行溶剂交换，最后湿凝胶通过CO₂超临界干燥，得异 氰酸酯增强的二氧化硅多孔材料。由CN109650396A提出将二氧化硅与氢氧化钠反应生成改 性硅酸钠，使用乙醇/水为溶剂；加入无机酸将改性硅酸钠溶液进行中和后生成改性硅溶胶 并脱去无机盐副产物，改性硅溶胶在一定温度和压力下生成改性硅凝胶；使用非极性溶剂对 改性硅凝胶进行溶剂交换并干燥后得到疏水性多孔材料材料。由109721059A提出在密封状态下，将混合均匀的A体系与凝胶核粒子混合得到前驱体，对前驱体进行干燥。对前驱体 干燥后，硅酸缩水形成二氧化硅，同时，白炭黑和硅微粉作为凝胶核粒子吸附缩水后得到的二氧化硅，从而形成绒球状多孔结构的二氧化硅多孔材料。由CN108423685A提出了一种常压制备超疏水二氧化硅多孔材料的方法，包括制备溶胶、溶胶凝胶化、凝胶老化、凝胶溶剂交换、表面疏水改性、常压干燥六个步骤。由CN109650395A提出了一种升华法制备二氧化硅多孔材料的方法，将升华物质溶于醇水溶剂中得到透明溶液，将硅源和碱催化剂加入溶液 中混合均匀，静置形成凝胶，将凝胶老化，将老化的凝胶进行真空升华去除升华物质，得到 二氧化硅多孔材料。

上述现有的纳米多孔材料制备工艺中均为针对多孔材料的制备溶胶工艺进行的改善， 并没有在干燥方法上提出创新，针对上述工艺存在的问题，本发明基于长期的实践经验及丰 富的专业知识积极加以研究和创新，最终发明一种高温膨化制备孔隙率达80％以上的纳米多 孔材料的方法，以解决现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有纳米多孔结构的隔热保温材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种具有纳米多孔结构的隔热保温材料的制备方法。

该纳米多孔隔热保温材料的制备方法包括：形成水含量为5-40wt％的无机水溶胶预制 体；将所述预制体加热使水汽化并维持其形态基本不变；通过膨化增大材料体积至达到所需 的孔隙率，得到具有纳米多孔结构的隔热保温材料。所述无机水溶胶包括二氧化硅溶胶、二 氧化钛溶胶、三氧化二铝溶胶、氧化锌溶胶中的至少一种。