[发明专利]一种密胺泡沫增强二氧化硅气凝胶复合材料及其应用

说明书

本发明提供了一种密胺泡沫增强二氧化硅气凝胶复合材料及其应用，是由重量百分比为90％‑95％的SiO₂气凝胶和5％‑10％的密胺泡沫制成，制备方法具体包括下述步骤：取甲基三甲氧基硅烷、柠檬酸钠、无水乙醇和去离子水，加入盐酸醇溶液，调pH值，进行水解反应得硅溶胶体系；将甘露醇加入硅溶胶体系中，搅拌均匀，再加入氨水醇溶液调pH值，搅拌使溶液充分混合，倒入放有密胺泡沫的模具中，浸没密胺泡沫，静置老化得到SiO2凝胶‑泡沫复合泡沫；溶剂置换，超临界干燥，即得。本发明将硅溶胶直接浸润密胺泡沫纤维，共同经历凝胶老化、改性、干燥，得以气凝胶复合材料，具有较低的导热系数和较高的机械稳定性，并且产品质量的一致性较好。

技术领域

本发明属于气凝胶材料技术领域，特别涉及一种密胺泡沫增强二氧化硅气凝胶复合材料及其应用。

背景技术

气凝胶是一种特殊种类的纳米多孔材料，具有许多优良的物理化学性能，如：低密度、高孔隙率、高比表面积、可调节的表面化学性能等。由于气凝胶在物理、化学及机械等方面具有独特的性能，气凝胶在保温隔热、催化、环境净化、化学传感器、声学传感器、储能设备、防水涂料、惯性约束聚变、高能物理、粒子捕获、生物医学及食品加工等领域得到广泛应用。

气凝胶主要分为无机气凝胶、有机气凝胶及碳气凝胶。无机气凝胶主要包括二氧化珪气凝胶和金属氧化物气凝胶。二氧化硅气凝胶是出现最早并且研究最多的气凝胶，可应用于多个领域，是目前应用最广泛的气凝胶。典型的硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、高光学透过率、低密度及超低热导率等独特性质。但由于其存在脆性、非韧性、在压制时易发生断裂的主缺陷，在很大程度上制约了其应用。可通过在溶胶体系中引入适量的聚合物加改善，通过聚合物交联形成的改性二氧化硅气凝胶属于一种有机-无机杂化材料。在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，其中最为突出的是保温隔热性能，由于其具有的独特性能，在航空航天、石油化工、电力治金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、服装帐篷、建筑节能等领域的有广阔的应用前景，是传统隔热材料革命性替代产品。伴随着中国经济转型升级，节能降耗政策的持续大力推进，以及中国实施多年的纳米材料战略。

现在大多数二氧化硅气凝胶毡都是以玻璃纤维或其它纤维为载体，虽然解决了气凝胶存在的脆性、非韧性、在压制时易发生断裂的问题，但是存在容重较大的问题，应用范围因此受限。

发明内容

本发明提出一种密胺泡沫增强二氧化硅气凝胶复合材料及其应用，解决现有有的二氧化硅气凝胶毡容重较大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种密胺泡沫增强二氧化硅气凝胶复合材料，是由重量百分比为90％-95％的SiO₂气凝胶和5％-10％的密胺泡沫制成，制备方法具体包括下述步骤：

(1)取甲基三甲氧基硅烷、柠檬酸钠、无水乙醇和去离子水，加入盐酸醇溶液，调节溶液的pH值至2-3，室温剧烈搅拌进行水解反应4-6小时，得硅溶胶体系；

(2)将甘露醇加入硅溶胶体系中，搅拌均匀，再加入氨水醇溶液调pH至7.5-8.5，搅拌使溶液充分混合，5min后停止搅拌，倒入放有密胺泡沫的模具中，浸没密胺泡沫，在40-55℃密闭条件下，静置老化24h～36h，得到SiO2凝胶-泡沫复合泡沫；

(3)采用丙酮进行溶剂置换，置换完成后在CO₂环境下进行超临界干燥，即可制得低密度气凝胶/密胺泡沫复合材料。

其中，优选地，所述步骤(1)中甲基三甲氧基硅烷、柠檬酸钠、无水乙醇和去离子水的摩尔比为1：(0.5-1.0)：(10-20)：(8-12)：(0.005-0.015)。

其中，优选地，所述步骤(2)中甘露醇与甲基三甲氧基硅烷的摩尔比为(0.1-0.3)：1。

其中，优选地，所述步骤(3)中溶剂置换的次数为3-6次，每次置换时间为12-24小时。