[发明专利]一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法，所述方法包括：用水泥和双氧水溶液制得发泡地质聚合物块体；将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵混合后加入HCl溶液，水解后制得气凝胶溶液；将所得发泡地质聚合物块体和气凝胶溶液混合、凝胶和干燥后得到发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。本方法制得的复合隔热材料具有高疏水性、高强度、低密度和低导热率的优点，制备工艺利用了地质聚合物的高碱性取代了两步凝胶法中的碱性催化剂，降低了制备成本和制备周期，可实现连续化生产。

技术领域

本发明涉及保温材料领域，特别涉及一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种具有纳米孔的非晶体固体材料，具有高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等优异性能，可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200℃以上时才会熔化，因此气凝胶在保温隔热领域有着广阔的应用前景。现有的气凝胶建筑隔热材料虽达到相应标准，但是均具有制作工艺过于复杂、冗长的缺点。

中国专利CN106830990A公布了一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法，该方法以多孔地质聚合物为基体，二氧化硅气凝胶为填充体，采用溶胶-浸泽-凝胶的方法，将二氧化硅气凝胶嵌入多孔地质聚合物的孔隙中，形成多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。该材料具有强度高、耐高温等优点，但制作过程较为复杂，制作成本较高。中国专利CN108328620A公布了一种疏水型发泡水泥复合硅气凝胶材料的制备方法，该方法使用正硅酸四乙酯作为前驱体，有机硅烷作为改性剂，用真空浸渍实现材料的复合，最终经超临界干燥得到气凝胶材料。该材料具有良好的隔热性能，导热率低，但强度仍不够，且制备过程复杂、成本较高。因此，有必要用一种过程简单、成本低廉的方法制备出综合性能优异的复合隔热材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法，目的是为了降低制备成本和制备周期，得到一种具有高抗压强度、高疏水性、低密度和低导热率的复合隔热材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)发泡地质聚合物块体的制备：将水泥和双氧水溶液按质量比为30:9～15的比例混合均匀，搅拌后倒入模具，固化和养护后得到发泡地质聚合物块体；

(2)气凝胶溶液的制备：将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入HCl溶液至pH呈酸性，搅拌后进行水解，降温至7～9℃，得到气凝胶溶液；

其中，去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:3～8；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1；

(3)复合隔热材料的制备：将步骤(1)所得块体降温至7～9℃，向所述块体中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，经恒温凝胶和干燥后得到发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。

优选地，所述步骤(1)中双氧水溶液浓度为3～5％。

优选地，所述步骤(1)中养护时间为5～28d不等。

优选的，所述步骤(2)中加入的HCl溶液浓度为0.1mol/L，加入HCl是为了给前驱体的水解提供酸性环境；加入后搅拌时间为3～8min。

优选地，所述步骤(2)中混合溶液在水浴锅中水解，水解温度为45℃，每30min搅拌1～3min，水解完全后混合溶液不再浑浊。。

优选地，所述步骤(3)中胶体凝胶时间为1.5～2h，温度为7～9℃。

优选地，所述步骤(4)中干燥具体为在常压下，于80～100℃干燥7～9h。

本发明还提供一种由上述方法制备而成的发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。