[发明专利]疏水性二氧化硅气凝胶毡及其制备方法

说明书

本发明的疏水性二氧化硅气凝胶毡具有孔，使得在表面改性过程中促进表面改性剂在毡中的扩散，从而提高表面改性的效率。因此，所述疏水性二氧化硅气凝胶毡不仅具有优异的如比表面积和热导率等物理性质，而且具有可控程度的疏水性，因此可以具有高疏水性。

技术领域

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月19日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2020-0075290号的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种具有优异的表面改性效率的高疏水性二氧化硅气凝胶毡及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种超多孔、高比表面积(≥500m²/g)的材料，其孔隙率约为90至99.9％，孔径为1-100nm，是具有优异的超轻量、超隔热、超低介电性等性质的材料。因此，已经积极进行了气凝胶材料开发的研究及其作为透明隔热材料、环保高温隔热材料、高集成器件用超低介电薄膜、催化剂和催化剂载体、超级电容器用电极和海水淡化用电极材料的实用的研究。

气凝胶的最大优点是气凝胶具有超隔热性，其热导率为0.300W/m·K以下，低于如传统聚苯乙烯泡沫塑料等有机隔热材料的热导率。此外，作为有机隔热材料的致命弱点的火灾易损性和火灾时有害气体的产生也可以得到解决。

然而，由于其制备过程复杂且制备成本高，气凝胶尽管具有如此优异的材料性质，但仅用于极其有限的用途。此外，由于孔隙率高，气凝胶的机械强度非常差，使得存在气凝胶即使受到轻微冲击也容易破裂的缺点。因此，近年来，已经研究了气凝胶毡复合技术，以弥补气凝胶本身的上述缺点，并能够以各种形式加工。

气凝胶毡是经过复合并以垫或片形式制造的气凝胶材料，由于其柔韧性而具有可弯曲、折叠或切割的特性。因此，气凝胶毡可应用于管道隔热或服装等，并且其各种工业应用也是可行的。气凝胶毡具有柔韧性，因为它是由纤维和气凝胶组成的复合材料。纤维用于增强气凝胶毡的柔韧性和机械强度，气凝胶由于其多孔性而赋予隔热性质。气凝胶毡的关键复合技术在于，将纤维的特征与气凝胶的特征进行复合，以增强纤维和气凝胶的优点，并弥补其缺点。

这种气凝胶毡是在耐热性和隔热性方面优于作为传统聚合物隔热材料的聚苯乙烯泡沫或聚氨酯泡沫的新材料，作为未来拓展的能够解决节能和环境问题的高科技材料受到关注。

通常，气凝胶毡通过将纤维与由水玻璃或醇盐类前体获得的二氧化硅溶胶混合，然后凝胶化，再熟化、表面改性并干燥而制备。

然而，在通过通常方法制备的气凝胶毡的情况下，二氧化硅溶胶在浸渍在纤维中后进行表面改性。因此，与未浸渍在纤维中的气凝胶相比，不利于表面改性剂的扩散，从而存在表面改性效率相对较低并且在气凝胶毡中不能均匀地实现表面改性的问题。

当气凝胶毡的表面改性、即疏水改性在整体上不能平稳地实现时，存在在400℃以上的高温烧制过程中容易失去疏水性的问题。随着烧制过程中温度的升高，气凝胶孔隙内的疏水基团、例如甲基或乙基可能会燃烧而失去疏水性。如果失去疏水性，不仅隔热性能会因水分渗透而降低，而且在渗透的水分的蒸发过程中，孔隙结构也会因收缩而坍塌，从而永久失去隔热性能。

例如，美国专利5,789,075号公开了一种单独使用水玻璃或醇盐类前体作为二氧化硅溶胶前体制备气凝胶毡的方法。然而，当单独使用水玻璃时，在干燥过程中不会出现回弹效应，由此会减小厚度以防止显示出90％以上的孔隙率，导致高热导率的缺点。当单独使用醇盐类前体时，气凝胶毡的如热导率等特性在开始时优异，但存在高温处理过程中容易失去疏水性使得无法发挥隔热体功能的问题，并且存在醇盐类前体昂贵、因此不经济的问题。