專利名稱：一種SiO₂氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈及其常壓干燥制備方法。
背景技術(shù)：
建筑節(jié)能保溫材料主要包括聚苯乙烯為主要原料的保溫材料，如擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)、噴涂聚苯乙烯(SPS)，以及聚氨酯泡沫 (PUR)等保溫材料。然而，現(xiàn)有的聚苯、聚氨酯等保溫隔熱材料存在阻燃性差、遇火時(shí)放出濃煙等問題。二氧化硅(SiO2)氣凝膠是一種新型輕質(zhì)納米多孔材料，具有高比表面積、高孔隙率和低熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，具有優(yōu)異的保溫隔熱性能。為獲得多孔結(jié)構(gòu)的SiO2氣凝膠，以前采用較多的方法是超臨界干燥工藝，然而超臨界干燥工藝需要用到高壓釜，工藝復(fù)雜、成本高， 而且有一定的危險(xiǎn)性。采用常壓干燥工藝更有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。目前，為了實(shí)現(xiàn)SiO2氣凝膠在保溫隔熱領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，SiO2氣凝膠與纖維復(fù)合以及SiO2氣凝膠棉氈 的研究已有所報(bào)道。文獻(xiàn)(產(chǎn)業(yè)用紡織品，2009，11 :9-12)中報(bào)道以纖維氈為基材與SiO2氣凝膠復(fù)合，經(jīng)表面修飾和常壓干燥制成纖維氈復(fù)合SiO2氣凝膠保溫隔熱材料，具體制備過程為采用多聚硅氧烷為硅源，通過水解-縮聚獲得SiO2凝膠； 用濕凝膠浸潰，使凝膠滲入到纖維氈基材中，獲得纖維氈/SiO2凝膠復(fù)合體；然后乙醇中老化，用六甲基二硅醚(氧烷)浸泡數(shù)天，三甲基氯硅烷修飾，最后在200°C或紅外燈常壓干燥獲得疏水的纖維氈復(fù)合SiO2氣凝膠。國防科技大學(xué)以正硅酸乙酯為原料配制溶膠，浸潰柔性纖維氈后進(jìn)行超臨界干燥制備了柔性隔熱復(fù)合材料(稀有金屬材料與工程，2008， 37(suppl. 2) =170-173)。J. Chandradass等利用工業(yè)水玻璃為原料，通過常壓干燥制備了 SiO2氣凝膠/玻璃棉氈，該文獻(xiàn)所用原料和玻璃棉與本專利相同，但具體工藝環(huán)節(jié)不同，文獻(xiàn)中采用正硅酸乙酯(TEOS)/SiO2/乙醇溶液浸泡玻璃棉，工藝比較繁瑣，且改性溶液與本專利不同，干燥溫度較高(230°C ),沒有熱導(dǎo)率測試結(jié)果數(shù)據(jù)(Journal of Non-Crystal line Solid,2008, 354 :4115-4119)。利用SiO2氣凝膠高孔隙率、低熱導(dǎo)率特點(diǎn)，制備一種低熱導(dǎo)率、具有優(yōu)異保溫隔熱效果和防火性能的新型SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱材料，將在保溫隔熱領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和好的市場前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種由SiO2氣凝膠與無機(jī)棉復(fù)合的具有清潔環(huán)保、低熱導(dǎo)率的高效保溫隔熱材料，并提供利用廉價(jià)的工業(yè)原料通過常壓干燥工藝制備這種SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的低成本制備方法。本發(fā)明所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈，以廉價(jià)的工業(yè)水玻璃或硅溶膠為原料，通過新型的快速溶劑交換/表面改性的常壓干燥工藝制備低熱導(dǎo)率的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈，制備周期較短，適合于規(guī)?；a(chǎn)和商業(yè)化實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，包括如下步驟①配制硅酸溶液；②硅酸溶膠與無機(jī)棉進(jìn)行復(fù)合，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體；③對SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行陳化，改性及溶劑替換處理；所述的改性劑包括有機(jī)硅烷和烷烴類試劑；完成后用烷烴類試劑清洗改性后的復(fù)合凝膠塊體；④對改性處理后的SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行常壓干燥處理，得到SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈。
其中，上述制備方法中，在無機(jī)棉與硅酸溶膠復(fù)合前，還包括將無機(jī)棉預(yù)包覆改性處理的步驟，具體操作步驟為將原無機(jī)棉在450 500°C下煅燒2 3h，冷卻至室溫，再用氧化鋁溶膠、氧化鈦溶膠或氧化硅溶膠浸泡，進(jìn)行表面預(yù)包覆改性處理。本發(fā)明中，為了加快復(fù)合凝膠塊體的改性速度，縮短生產(chǎn)周期，向硅酸溶膠中加入預(yù)改性劑，所述的預(yù)改性劑為TK甲基_■娃氧燒，二甲基乙氧基娃燒，甲基二乙氧基娃燒或甲基二甲氧基娃燒。而本發(fā)明中，無機(jī)棉優(yōu)選為玻璃棉，巖棉，礦物棉或耐火纖維。步驟③中所采用的改性溶液中還包括醇類，醇類優(yōu)選為乙醇或異丙醇；有機(jī)硅烷優(yōu)選為三甲基氯硅烷、甲基三乙氧基娃燒、二甲基乙氧基娃燒或甲基二甲氧基娃燒中的一種或兩種以上混合物，而改性劑與烷烴類試劑的體積比約為I : 0.5 I : 1，而用于清洗凝膠的烷烴類試劑優(yōu)選為正己烷、環(huán)己烷或庚烷。步驟④中的干燥具體操作步驟為依次在50°c、70°c、90°c、ll(rc、 130°C、150°C下各保溫干燥I. 5 2h或是在50°C、80°C、100 120°C、150°C下各保溫干燥 2h。本發(fā)明的制備方法中，硅酸溶液的配制方法的具體過程為首先將模數(shù)=3. 38的工業(yè)水玻璃用去離子水按Viwss璃I : 4 I : 5比例稀釋，然后用強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得pH = 2 3的硅酸溶液。本發(fā)明的制備方法中，所述步驟②中SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的制備方法為 將步驟①中所制得的硅酸溶液按一定比例與無機(jī)棉進(jìn)行復(fù)合，根據(jù)不同的保溫性能要求加入不同量的娃酸溶液。對上述本發(fā)明的方法進(jìn)行進(jìn)一步的描述，更具體地，該方法應(yīng)該包括如下操作步驟①配制氧化鋁、氧化鈦或氧化硅溶膠氧化鋁溶膠的配制稱量一定量的異丙醇鋁，加入到一定量的去離子水中，在 80°C下攪拌，直至異丙醇鋁完全溶解，然后加入適量的濃硝酸，繼續(xù)攪拌2 4h后即可獲得氧化鋁溶膠，所配制的氧化鋁溶膠中異丙醇鋁的濃度為I. 25 5mol/L，濃硝酸的濃度為 O.125 O. 75mol/L0氧化鈦溶膠的配制以鈦酸丁酯為鈦源，參照溶膠-凝膠法制備TiO2薄膜相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行配制(硅酸鹽學(xué)報(bào)，2001，29 (4) :350-354)。氧化硅溶膠的配制以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源，參照溶膠-凝膠法制備SiO2溶膠相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行配制(硅酸鹽學(xué)報(bào)，2001，29 (4) =350-354);或以工業(yè)水玻璃為原料，按上述方法獲得pH = 2 3的硅酸后，用氫氧化鈉或氨水調(diào)pH = 3 5得到氧化硅溶膠；或以工業(yè)硅溶膠為原料，不稀釋或用去離子水按: V去離子水=I 0.5 I : I進(jìn)行稀釋，獲得氧化硅溶膠。②配制硅酸溶液豐旲數(shù)=3.38的工業(yè)水玻璃用去尚子水按VI業(yè)水玻璃· V去離子水=I · 4 I · 5比例稀釋，然后用強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得PH = 2 3的硅酸溶液。③預(yù)改性的硅酸溶液
硅酸溶膠中加入預(yù)改性劑，所述的預(yù)改性劑為六甲基二硅氧烷，三甲基乙氧基硅燒，甲基二乙氧基娃燒，甲基二甲氧基娃燒。④無機(jī)棉的預(yù)包覆改性處理將無機(jī)棉在450 500°C下煅燒2 3h,冷卻至室溫,再用氧化招溶膠、氧化鈦溶膠或氧化硅溶膠浸泡，進(jìn)行表面預(yù)包覆改性處理，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠或氧化鈦溶膠或氧化硅溶膠液擠出后放入烘箱中，在100°C下干燥2 4h。⑤硅酸溶液與無機(jī)棉的復(fù)合，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體將預(yù)改性的硅酸溶液倒在預(yù)處理后的無機(jī)棉上，使之充分吸附，將吸附硅酸飽和的無機(jī)棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)不同保溫性能等要求，倒入不同量的硅酸溶液，無機(jī)棉的質(zhì)量(g)與硅酸溶液的體積(ml)比為I : 4 I : 20。⑥SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的陳化的條件為在20 50°C下進(jìn)行I 24h ；Si02 凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行溶劑交換-表面改性處理,改性液由有機(jī)硅烷類、醇類和烷烴類試劑組成，其中有機(jī)硅烷類為三甲基氯硅烷或甲基三乙氧基硅烷，醇類為乙醇或異丙醇，也可以不加入醇類，烷烴選自正己烷、環(huán)己烷或庚烷，所用的有機(jī)硅烷類改性劑總量與硅酸溶液的體積比約為I : 0.8 I : 1，烷烴類溶劑的用量為剛好能夠浸沒SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體，改性處理總時(shí)間為24 72h，分I 3次完成；改性完成后用烷烴類試劑清洗改性后的的SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。⑦對改性處理后的SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行常壓干燥處理，即依次在 50°c、70°c、9(rc、ll(rc、13(rc、15(rc下各保溫干燥 I. 5h 2h，或是在 50°C、80°C、100 120°C、150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈。本發(fā)明的另一目的在于提供上述任一所述的方法制備得到的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈，其特征在于該材料的密度為O. 10 O. 30g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為O. 010 O. 029W · πΓ1。。'本發(fā)明所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈具有優(yōu)良的保溫隔熱性能，呈現(xiàn)出極強(qiáng)的疏水性，吸水率為零，能夠滿足建筑內(nèi)墻保溫隔熱及其它特殊領(lǐng)域的保溫隔熱需要；而且因其具有優(yōu)良的阻燃性能，可長時(shí)間承受火焰直接灼燒，不會出現(xiàn)一般纖維類隔熱材料熔斷穿孔或者多孔礦物板類隔熱材料斷裂破碎的情況，因此在建筑內(nèi)墻保溫隔熱方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明所涉及的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法采用廉價(jià)易得的工業(yè)原料如工業(yè)水玻璃、工業(yè)硅溶膠和玻璃棉、巖棉、礦物棉等，能夠降低生產(chǎn)成本，且常壓干燥工藝方便易行，操作簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)產(chǎn)品無毒無害，不會對環(huán)境造成污染。


本發(fā)明附圖2幅，圖I是實(shí)施例I的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈及其表面疏水性照片，由圖可見，所制備的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈呈現(xiàn)出明顯的疏水性，水滴在隔熱氈表面完全不鋪展，說明其具有防潮性能；圖2是純玻璃棉和SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈被灼燒后的對比圖；其中， a為玻璃棉，b為SiO2氣凝膠/玻璃棉隔熱氈。由圖2可見，與純玻璃棉相比，SiO2氣凝膠/ 玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈表現(xiàn)出優(yōu)異的耐火和防火性能，純玻璃棉能夠被點(diǎn)燃，且發(fā)生燃燒； 而與此同時(shí)，SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈難以被點(diǎn)燃，不會發(fā)生燃燒。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。下面實(shí)施例中，如無特殊說明，采用以下手段對所制備的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的性能進(jìn)行測定。
(I)密度的測定分別用游標(biāo)卡尺量出試樣的直徑(d)和厚度⑴(各量4組，取平均值)，然后根據(jù)公式V= π (d/2)2Xt計(jì)算出試樣的體積；用分析天平稱量出試樣的質(zhì)量m,根據(jù)公式P = m/V計(jì)算出試樣的密度。(2)導(dǎo)熱系數(shù)或熱導(dǎo)率的測定利用YBF3型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀來測定SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的熱導(dǎo)率。具體測試過程如下①先將試樣放于導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的上下兩銅板之間，進(jìn)行固定，將導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的初始溫度即上銅板的溫度調(diào)為 IOO0C (Vn);②開始計(jì)時(shí)，每隔15min記一次下銅板的溫度，直到下銅板的溫度達(dá)到一固定值(Vt2)，記下此固定值；③將試樣移開，加熱下銅板，加熱到比記錄的溫度高約10°C左右停止加熱，然后每隔2min記錄一次下銅板的溫度，計(jì)算下銅板的散熱速率(δ T/ δ t)。最后根據(jù)公式
54 X d δΤ
_2] =計(jì)算出試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)施例I制備密度為O. 23g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈①配制氧化鋁溶膠稱量20. 4g的異丙醇鋁，加入200ml去離子水在80°C下攪拌，直至異丙醇鋁完全溶解，然后加入O. 3ml的濃硝酸，繼續(xù)攪拌3h后即為氧化鋁溶膠。②配制硅酸溶液量取60ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38, mSi02% = 26, P=L 37g/ml)與 240ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸溶液。③玻璃棉的預(yù)包覆處理 將15. 531g的玻璃棉放在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)在500 V下煅燒2h，取出稱量重量為14.426g ;取制備好的氧化鋁溶膠50ml倒在預(yù)燒后的玻璃棉上，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠擠出后放入烘箱中，在80°C下干燥2h。④硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好的硅酸溶液260ml倒在預(yù)處理后的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其凝固，經(jīng)凝膠與陳化后獲得SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體。⑤SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和溶劑正己烷構(gòu)成，改性過程中正己烷用量為剛好能夠沒過SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體，所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為72h ;改性分三次進(jìn)行，每隔24h加入改性劑一次，第一次改性劑加入量為總量的1/3左右，第二次改性劑加入量為總量的1/2左右，第三次改性劑加入量為總量的1/6左右；改性完成后用正己烷清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。⑥對改性處理后的SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行常壓干燥處理，即在50°C、 70°C、90°C、11 (T C、130°C、150°C下各保溫干燥2h，得到S i O2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合體。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠-玻璃棉復(fù)合保溫隔熱材料干燥后的質(zhì)量為25. 973g，體積為 112. 26cm3，密度為 O. 23g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為 O. 020W · πΓ1。。-1。實(shí)施例2制備密度為O. 23g/cm3的SiO2氣凝膠_無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱租①配制氧化鋁溶膠同實(shí)施例I步驟①；②配制硅酸溶液量取30ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38,mSi02%= 26，P=L 37g/ml)與 120ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。③玻璃棉的預(yù)包覆處理將18. 890g的玻璃棉放在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)在500°C下燒此，取出稱量重量為
16.854g ;取制備好的氧化鋁溶膠80ml倒在預(yù)燒后的玻璃棉上，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠擠出，然后將氧化鋁溶膠預(yù)處理后的玻璃棉放入烘箱中，在80°C下干燥2h。④硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好了的硅酸溶液140ml，往其中加入40ml預(yù)改性劑六甲基二硅氧烷，攪拌均勻后將其倒在預(yù)處理后的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。⑤SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : O. 8，正己烷用量為能夠沒過復(fù)合凝膠塊體為最低標(biāo)準(zhǔn)；改性處理總時(shí)間為48h，改性分兩次進(jìn)行，每24h改性一次，第一次改性劑的加入量約為總量的1/3左右，第二次改性劑的加入量約為總量的2/3左右；改性完成后用正己烷清洗改性后的SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體。⑥對改性處理后的SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行常壓干燥處理，即在50°C、70°c、90°c、110°c、13(rc、15(rc下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈干燥后的質(zhì)量為29. 036g,體積為 126. 03cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O. 23g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 029W · m-1。。'實(shí)施例3制備密度為O. 27g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈①配制氧化鋁溶膠同實(shí)施例I步驟①；②配制硅酸溶液量取40ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38, mSi02% = 26, P=L 37g/ml)與 160ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。 ③玻璃棉的預(yù)處理將16. 957g的玻璃棉放在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)在500°C下燒2h，取出稱量重量為
15.846g ;取制備好的氧化鋁溶膠IlOml倒在預(yù)燒后的玻璃棉上，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠擠出，然后將預(yù)處理后的玻璃棉放入烘箱中，在80°C下干燥2h。④硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好的硅酸溶液160ml，加入40ml預(yù)改性劑六甲基二硅氧烷，攪拌均勻后將其倒在預(yù)處理后的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。⑤SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為48h ;改性分兩次進(jìn)行，每隔24h改性一次，第一次改性劑的加入量約為總?cè)苣z量的1/3 左右，第二次改性劑的加入量約為總?cè)苣z量的2/3左右；改性完成后用正己烷清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。⑥對改性處理后的凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，即在5o°c、7o°c、9(rc、ii(rc、i3(rc、 150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈的質(zhì)量為34. 028g，體積為 126. 03cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O. 27g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 023W · m-1。。'實(shí)施例4制備密度為O. 27g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈①配制氧化鋁溶膠同實(shí)施例I步驟①；②配制硅酸溶液量取40ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38, mSi02% = 26, P=L 37g/ml)與 160ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。③玻璃棉的預(yù)處理將13. 306g的玻璃棉放在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)在500°C下燒2h，取出稱量重量為 12. 221g ;取制備好的氧化鋁溶膠150ml倒在預(yù)燒后的玻璃棉上，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠擠出，然后將預(yù)處理后的無機(jī)棉放入烘箱中，在80°C下干燥2h。
④硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好的硅酸溶液140ml，倒在預(yù)處理后的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。⑤SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，改性過程中正己烷的加入量為剛好能夠沒過SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體，所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為72h ;改性分三次進(jìn)行，每隔24h改性一次,第一次改性劑加入量為娃酸體積的1/3左右,第二次改性劑加入量為硅酸體積的1/2左右，第三次改性劑加入量為硅酸體積的1/6左右；改性完成后用正己烷清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。⑥對改性處理后的凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，即在5o°c、7o°c、9(rc、ii(rc、i3(rc、 150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈的質(zhì)量為23.919g，體積為 88. 59cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O . 27g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 022W · m-1。。'實(shí)施例5制備密度為O. 19g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈①配制氧化鋁溶膠同實(shí)施例I步驟①；②配制硅酸溶液量取40ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38, IiiSiO21^ = 26, P = I. 37g/ml)與 160ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。③玻璃棉的預(yù)處理將13. Ollg的玻璃棉放在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)在500°C下燒2h，取出稱量重量為
11.968g ;取制備好的氧化鋁溶膠150ml倒在預(yù)燒后的玻璃棉上，使之充分吸附，然后輕輕擠壓將多余的氧化鋁溶膠擠出，然后將預(yù)處理后的無機(jī)棉放入烘箱中，在80°C下干燥2h。④硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好的硅酸溶液160ml倒在預(yù)處理后的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體。⑤SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，改性過程中正己烷的加入量為剛好能夠沒過SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體，所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為72h ;改性完成后用正己烷清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。具體改性操作過程與實(shí)施例I步驟⑥相同。⑥對改性處理后的凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，即在5o°c、7o°c、9(rc、ii(rc、i3(rc、 150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈的質(zhì)量為18. 504g，體積為 97. 39cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O. 19g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 021W · m+C '實(shí)施例6制備密度為O. 16g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈
①配制硅酸溶液量取60ml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38，mSi02%= 26，P = I. 37g/ml)與 240ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。②硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好的硅酸溶液400ml倒在直徑為13. 29cm、重量為15. 216g的未經(jīng)任何處理的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/ 玻璃棉復(fù)合塊體。③SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，改性過程中正己烷的加入量為剛好沒過SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體,所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為72h;完成后用烷烴類試劑清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。具體改性操作過程與實(shí)施例I步驟⑥相同。 ④對改性處理后的凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，即在5o°c、7o°c、9(rc、ii(rc、i3(rc、 150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠-玻璃棉復(fù)合體。經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠-玻璃棉復(fù)合保溫隔熱材料的質(zhì)量為38. 157g，體積為 238. 48cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O. 16g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. Ollff · m-1。。'實(shí)施例7制備密度為O. 19g/cm3的SiO2氣凝膠/玻璃棉復(fù)合保溫隔熱氈①配制硅酸溶液量取IOml 工業(yè)水玻璃(模數(shù)=3. 38, mSi02% = 26, P=L 37g/ml)與 40ml 去離子水混合，攪拌均勻后通過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到pH = 2 3的硅酸。②硅酸溶液與玻璃棉的復(fù)合取制備好硅酸溶液IOOml倒在直徑為13. 29cm、重量為4. 672g的未經(jīng)任何處理的玻璃棉上，使之充分吸附，將玻璃棉復(fù)合體放在60°C環(huán)境下使其膠凝，獲得SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體。③玻璃棉復(fù)合體的陳化與改性對SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體進(jìn)行改性處理，改性液由改性劑三甲基氯硅烷和正己烷組成，改性過程中正己烷的加入量為剛好沒過SiO2凝膠/玻璃棉復(fù)合塊體，所用改性劑三甲基氯硅烷總量與硅酸溶液的體積比約為I : 1，改性處理總時(shí)間為72h;改性完成后用烷烴類試劑清洗改性后的玻璃棉復(fù)合體。具體改性操作過程與實(shí)施例I步驟⑥相同。④對改性處理后的凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，即在5o°c、7o°c、9(rc、ii(rc、i3(rc、 150°C下各保溫干燥2h，得到SiO2氣凝膠-玻璃棉復(fù)合體。
經(jīng)測定，該SiO2氣凝膠-玻璃棉復(fù)合保溫隔熱材料的質(zhì)量為13. 395g，體積為 70. 50cm3，經(jīng)計(jì)算其密度為O. 19g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 017W · m+C '
權(quán)利要求
1.一種SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，包括如下步驟 ①配制硅酸溶液； ②硅酸溶膠與無機(jī)棉進(jìn)行復(fù)合，獲得SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體； ③對SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行陳化，改性及溶劑替換處理；所述的改性劑包括有機(jī)硅烷和烷烴類試劑；完成后用烷烴類試劑清洗改性后的復(fù)合凝膠塊體； ④對改性處理后的SiO2凝膠/無機(jī)棉復(fù)合塊體進(jìn)行常壓干燥處理，得到SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于硅酸溶膠與無機(jī)棉復(fù)合前，還包括對硅酸溶膠進(jìn)行預(yù)改性的步驟；所述的步驟為將預(yù)改性試劑加入到硅酸溶液中；其中，所述的預(yù)改性試劑為六甲基二硅氧烷，三甲基乙氧基硅燒，甲基二乙氧基娃燒或甲基二甲氧基娃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟②中的無機(jī)棉為玻璃棉，巖棉，礦物棉或耐火纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于無機(jī)棉與硅酸溶膠復(fù)合前，還包括對無機(jī)棉進(jìn)行預(yù)包覆處理的步驟；所述的步驟具體方法如下a.將無機(jī)棉在450 500°C下處理2 3h,冷卻至室溫，b.將處理后的無機(jī)棉浸沒在氧化鋁溶膠、氧化鈦溶膠或氧化硅溶膠中，c.完全沒過后取出，擠壓多余的液體，在100°C下干燥2 4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟③的改性劑中還包括醇類；所述的醇類選自乙醇和異丙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟③中的有機(jī)硅烷選自三甲基氯硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷中的一種或兩種以上混合物；烷烴類試劑選自正己烷、環(huán)己烷和庚烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4或6所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟③中的陳化為在20 50°C下進(jìn)行I 24h。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟④中的干燥的具體操作方法為依次在500C>70°C、90°C、110°C、130°C、150°C下各保溫干燥I. 5h 2h或是在50°C、8(TC、100 120°C、150°C下各保溫干燥2h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法，其特征在于所述的步驟①中的硅酸溶膠的配制方法如下將模數(shù)=3. 38的工業(yè)水玻璃用去離子水按V工業(yè)水玻璃V4s^7jc= I : 4 I : 5比例稀釋,然后用強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得pH = 2 3的硅酸溶液。
10.權(quán)利要求I所述的方法制備得到的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈，其特征在于該材料的密度為0. 10 0. 30g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 010 0. 029W nT1。。-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈及制備方法。所述的方法為將硅酸溶膠與無機(jī)棉進(jìn)行復(fù)合，然后進(jìn)行陳化，改性及溶劑替換處理；常壓干燥處理，得到SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈。本發(fā)明所涉及的SiO2氣凝膠/無機(jī)棉復(fù)合保溫隔熱氈的制備方法采用廉價(jià)易得的工業(yè)原料如工業(yè)水玻璃、工業(yè)硅溶膠和玻璃棉、巖棉、礦物棉等，能夠降低生產(chǎn)成本，且常壓干燥工藝方便易行，操作簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)產(chǎn)品無毒無害，不會對環(huán)境造成污染。
文檔編號C04B28/24GK102701700SQ20121011810
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者劉敬肖, 史非, 王曉杰, 白麓楠 申請人:大連工業(yè)大學(xué)