[发明专利]一种纳米多孔隔热材料

说明书

本发明公开了一种纳米多孔隔热材料，涉及隔热材料技术领域，该隔热材料组分包括：纳米二氧化硅粉体30‑40份、纳米纤维素粉体20‑30份、有机溶剂50‑60份、遮光剂5‑8份、化学分散剂1‑1.4份、催化剂3‑5份。本发明的纳米多孔隔热材料，采用纳米纤维粉体与纳米二氧化硅粉体进行复合，不仅制备过程对于设备要求较低，克服了传统制备方法对于超临界干燥设备的需求，显著降低了生产成本，并且得到的纳米多孔隔热材料在高温下具有较低的热导率，保温隔热效果强，比表面积大，且耐温值可达1200℃，各种抗性性能优越。

技术领域

本发明涉及隔热材料技术领域，特别是涉及一种纳米多孔隔热材料。

背景技术

节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策，随着科学技术的日益发展，作为节能措施之一的隔热节能技术的目的就是为了减少热损失，节约燃料，改善劳动环境和保证安全生产，提高工效。采用新技术、新工艺开发环境友好型隔热材料正是一种节约能源最有效、最经济的措施，可广泛应用于能源动力、机械制造、石油化工、材料冶金、低温制冷、工业建筑以及交通运输等部门。寻求耐高温的纳米多孔隔热材料是国际上研究的主要方向之一，其中，有机-无机杂化材料的功能化是现代材料发展的趋势。

二氧化硅气凝胶隔热材料是目前研究最多也是最具代表性的纳米孔超级隔热材料，二氧化硅气凝胶具有纳米网状孔隙结构，体积密度小，导热系数低等特点，一般采用溶胶-凝胶法制备而成，合成工艺包括水解缩合和超临界干燥两个过程。已有的研究和生产实践表明，二氧化硅气凝胶隔热材料在制备工艺和产品性能方面仍存在以下不足:

(1)二氧化硅气凝胶隔热材料制备工艺复杂，超临界干燥过程能耗高、危险性大，实现规模化工业生产难度大。从国内外的研究结果来看，块状气凝胶隔热材料的制备基本上都采用超临界干燥技术，以乙醇、异丙醇或二氧化碳作为超临界介质，其超临界温度/压力分别为243.4℃/6.38MPa、235.3℃/4.76MPa和31.06℃/7.39MPa。虽然也有大量研究采用常压干燥技术，然而到目前为止这种技术只是针对小体积材料，且仍处于实验室研究阶段；

二氧化硅气凝胶隔热材料工业化制备存在以下问题：一是工艺流程繁琐，制备周期长；二是超临界干燥设备价格昂贵，且为高温高压设备，其安全使用与维修保养的要求严格；三是干燥过程需要消耗大量的能源和超临界介质，同时存在超临界介质的循环利用问题。这些问题导致二氧化硅气凝胶隔热材料成本昂贵，应用范围受到极大的限制。

(2)二氧化硅气凝胶隔热材料高温绝热性能和机械强度还有待提高。在高温环境下，热量传递以辐射传热为主，而二氧化硅气凝胶隔热材料对波长为3～8μm红外辐射热透过率很高，故高温绝热性能较差。为克服这一问题，研究者们采用复合红外遮光剂的方式来降低辐射传热，目前，研究较多的红外遮光剂有二氧化钛、碳黑等，然而，遮光剂颗粒在凝胶过程中极易发生沉淀团聚，团聚体不但会增加固相传热而且会导致气凝胶块体在干燥过程中开裂，严重影响其使用性能。

(3)二氧化硅气凝胶隔热材料耐温值不高，使用温度一般在400℃左右。若温度继续升高则会出现严重的体积收缩现象，导致材料致密化，内部纳米孔隙结构被破坏。虽然也有研究者研制了耐温值更高的三氧化二铝、锆英石、三氧化二铝-二氧化硅等气凝胶，但是，这几种高温气凝胶的制备工艺还不够成熟，到目前止尚处于实验室探索阶段。

纤维素具有无污染、资源丰富、物理化学性质稳定等特点,可将它改性制成无机纳米粒子/纤维素复合材料,这种材料兼具纤维素、无机粒子的优点,纤维素作为一种天然的高分子聚合物，掺杂了二氧化硅纳米粒子形成的复合材料将在结合力、结合强度、力学性能、热学性能等都有显著改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米多孔隔热材料，以解决上述现有技术存在的问题，使二氧化硅气凝胶隔热材料高温绝热性能、机械强度和耐温值显著提高；同时降低设备生产要求，进而降低隔热材料生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：