一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，它主要利用玻璃纖維氈飽和吸收二氧化硅氣凝膠膠液并于特定條件凝膠，超臨界流體CO2干燥形成增強型氣凝膠材料。本發(fā)明制備的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈具有優(yōu)良的保溫性能、機械性能、防火和防水性能，施工方便。制備方法避免了溶劑替換步驟，操作簡易，過程可控，生產(chǎn)可連續(xù)化。
【專利說明】一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]S12氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的輕質(zhì)納米多孔性非晶固態(tài)材料，其孔隙率高達80%?99.8%，孔洞尺寸為I?lOOnm，高比表面積200-1000 m2/g，低密度變化范圍3?500kg/m3，常溫常壓下熱導(dǎo)率小于0.013 W/mK，比靜止空氣的熱導(dǎo)率(0.026 W/mK)還低，是目前熱導(dǎo)率最低的固體材料。
[0003]目前，二氧化硅氣凝膠產(chǎn)業(yè)化面臨的主要問題包括:制備工藝復(fù)雜、制備周期長、溶劑消耗量大、廢液多、氣凝膠強度低、脆性大等缺點，限制了二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用。纖維增強型氣凝膠可以有效的解決這一問題，實現(xiàn)其工業(yè)化具有重大的現(xiàn)實意義。
[0004]目前，國外從事氣凝膠的研宄與商業(yè)化的公司和研宄機構(gòu)主要集中在歐美地區(qū)和日本；在國內(nèi)，自2012年以來相繼有4?6家企業(yè)進入3102氣凝膠絕熱保溫行業(yè)。而現(xiàn)工業(yè)管道常用的傳統(tǒng)保溫材料有巖棉、普通玻璃棉氈、高硅酸鋁棉、聚氨酯等，巖棉、高硅酸鋁棉保溫性能差、易吸潮、安裝厚度大的缺點；普通玻璃棉氈不耐高溫；聚氨酯不耐高溫，易燃。一種保溫性能優(yōu)良，疏水防火的材料會獲得市場的認(rèn)可并得以推廣應(yīng)用。因此，如果能將S12氣凝膠應(yīng)用于工業(yè)中的保溫氈上，是十分有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，以解決二氧化硅氣凝膠保溫材料產(chǎn)業(yè)化面臨的制備工藝復(fù)雜、制備周期長、溶劑消耗量大、廢液多、氣凝膠強度低、脆性大等技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明的方法是將飽和吸收二氧化硅氣凝膠膠液的玻璃纖維氈于特定條件凝膠、超臨界流體CO2干燥，形成具有保溫性能優(yōu)良、機械強度高、防火和防水性能的增強型氣凝膠保溫材料。制備方法避免了溶劑替換步驟，操作簡易，生產(chǎn)可連續(xù)化。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，該方法是采用溶膠一一凝膠法制備二氧化硅氣凝膠膠液，噴淋法使玻璃纖維氈飽和吸收二氧化硅氣凝膠膠液，于特定條件下凝膠，特定溶劑中陳化，特定溶液中表面改性，超臨界流體CO2干燥，從而得到增強型氣凝膠保溫材料。包括以下步驟:
1)二氧化硅氣凝膠膠液的配制；
2)玻璃纖維氈氣凝膠的成型；
3)玻璃纖維氈氣凝膠的陳化及表面改性；
4)玻璃纖維氈氣凝膠的干燥及檢測。
[0008]前述方法中，所述二氧化硅氣凝膠膠液的原料包括硅源前驅(qū)體、水解催化劑、添加劑和溶劑。
[0009]前述方法中，所述硅源前驅(qū)體包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷中的一種或兩種以上的混合物。
[0010]前述方法中，所述水解催化劑包括純水、鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸，氨水、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或兩種以上的混合物。
[0011]前述方法中，所述玻璃纖維氈包括玻纖針刺氈、玻纖離心棉、玻纖壓合板等以直徑為納米級的玻璃纖維材質(zhì)制成的，密度不大于300kg/m3，質(zhì)地均勻的板或氈。
[0012]前述方法中，所述添加劑包括乙基纖維素、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲酰胺、乙酰胺及烷基化試劑中的一種或兩種以上的混合物。
[0013]前述方法中，所述溶劑包括甲醇、乙醇、丁醇等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%以上的直鏈醇中的一種或兩種以上的混合物。
[0014]前述方法中，所述二氧化硅氣凝膠膠液的配制包括如下體積比的組分:正硅酸乙酯:99%工業(yè)酒精:水催化劑:添加劑=10: (30?200): (2?5): (0.1?1.5)。
[0015]前述方法中，所述玻璃纖維氈氣凝膠成型是將二氧化硅氣凝膠膠液噴淋在玻璃纖維氈上，使玻璃纖維氈飽和吸附膠液，玻璃纖維氈無鼓泡、凹陷，上下表面均均勻平整，再送入35?45°C堿性氛圍中靜置15?25min，形成玻璃纖維氈氣凝膠濕材料。
[0016]前述方法中，所述陳化是將玻璃纖維氣凝膠濕材料放入乙醇溶液中35?45°C浸泡 24ho
[0017]前述方法中，所述表面改性是將陳化的玻璃纖維氣凝膠濕材料放入加有烷基化試劑(為添加劑中的一種或兩種以上的混合物，用量為I?1.3%倍材料濕材料體積)的乙醇溶液中50?60°C浸泡12h。
[0018]前述方法中，所述干燥是將陳化或表面改性的玻璃纖維氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，從萃取釜的萃取出口收集流體。
[0019]前述方法中，所述超臨界溫度為45?55°C，壓力為10?18MPa ;二氧化碳?xì)怏w通過萃取釜的流量為200?250kg/h，萃取時間為8?12h。
[0020]前述方法中，所述檢測步驟是將最佳工藝條件下萃出材料隨機選取三點(三點應(yīng)盡量能反映整卷材料的性能)，取300X300mm材料各兩塊，測量密度、導(dǎo)熱系數(shù)、憎水性、機械強度。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點:用超臨界態(tài)下的二氧化碳流體作為干燥介質(zhì)，該溶劑在同一系統(tǒng)中循環(huán)使用，溶劑消耗少，且售價便宜，因此萃取成本低，無環(huán)境污染等特點。制備周期短，僅3d，就可以制備出一卷完整的玻纖復(fù)合型氣凝膠保溫材料，而現(xiàn)有技術(shù)需要6?7d。玻璃纖維氈用做氣凝膠增強基材，能很好的降低玻璃纖維的導(dǎo)熱性能，使氣凝膠松脆性改善，本發(fā)明生產(chǎn)出的玻纖復(fù)合型氣凝膠保溫材料在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.015?0.018W/mK。本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)連續(xù)性強。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
[0023]實施例1:
玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝包括以下步驟:二氧化硅膠液配制一玻璃纖維氈氣凝膠成型一陳化一干燥一檢測。配制如下體積比的二氧化硅氣凝膠膠液:正硅酸乙酯:99%工業(yè)酒精:水催化劑:添加劑=10:60:2:0.1o水催化劑分別為0.02mol/l鹽酸溶液、0.0lmol/Ι氨水溶液，添加劑為乙基纖維素，反應(yīng)時間lh。將反應(yīng)膠液噴淋于厚度為10mm，密度為165kg/m3的玻璃纖維針刺氈上，使玻璃纖維氈飽和吸附膠液，玻璃纖維氈無鼓泡、凹陷，上下表面均均勻平整，再送入38°C堿性氛圍中靜置20min，形成玻璃纖維氈氣凝膠濕材料。將玻璃纖維氣凝膠濕材料放入35°C乙醇溶液中浸泡24h。將陳化過的玻璃纖維氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，超臨界溫度為45°C，壓力為1MPa ;二氧化碳?xì)怏w通過萃取釜的流量為200kg/h，從萃取釜的萃取出口收集流體至無溶液排出，停機取出材料。
[0024]將萃出材料隨機選取三點(三點應(yīng)盡量能反映整卷材料的性能)，取300X 300mm材料各兩塊，測量密度、導(dǎo)熱系數(shù)、憎水性、機械強度。測其相關(guān)數(shù)據(jù):材料厚度10mm，密度200kg/m3，常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.018W/mK，憎水性為0，燃燒等級S4級。
[0025]實施例2:
玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝包括以下步驟:二氧化硅膠液配制一玻璃纖維氈氣凝膠成型一陳化一表面改性一干燥一檢測。配制如下體積比的二氧化硅氣凝膠膠液:正硅酸乙酯:99%工業(yè)酒精:水催化劑:添加劑=10:100:5:0。水催化劑分別為
0.02mol/l鹽酸溶液、0.0lmol/Ι碳酸銨溶液，反應(yīng)時間1.5h。將反應(yīng)液噴淋于厚度為10mm，密度為110kg/m3的玻璃纖維針刺氈上，使玻璃纖維氈飽和吸附膠液，玻璃纖維氈無鼓泡、凹陷，上下表面均均勻平整，再送入40°C堿性氛圍中靜置18min，形成玻璃纖維氈氣凝膠濕材料。將玻璃纖維氣凝膠濕材料放入乙醇溶液中38°C浸泡24h。將陳化的玻璃纖維氣凝膠濕材料放入加有烷基化試劑的乙醇溶液中60°C浸泡12h。將表面改性過的玻璃纖維氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，超臨界溫度為50°C，壓力為16MPa ; 二氧化碳?xì)怏w通過萃取釜的流量為230kg/h，從萃取釜的萃取出口收集流體至無溶液排出，停機取出材料。
[0026]將萃出材料隨機選取三點(三點應(yīng)盡量能反映整卷材料的性能)，取300X 300mm材料各兩塊，測量密度、導(dǎo)熱系數(shù)、憎水性、燃燒性能。測其相關(guān)數(shù)據(jù):材料厚度10mm，密度142kg/m3，常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.016W/mK，憎水性為99%，燃燒等級S4級。
[0027]實施例3:
玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝包括以下步驟:二氧化硅膠液配制一玻璃纖維氈氣凝膠成型一陳化一表面改性一干燥一檢測。配制如下體積比的二氧化硅氣凝膠膠液:正硅酸乙酯:99%工業(yè)酒精:水催化劑:添加劑=10:200:3:0.001。水催化劑分別為純水、0.02mol/l碳酸氫銨，添加劑為N，N- 二甲基甲酰胺，反應(yīng)時間lh。將反應(yīng)液噴淋于厚度為10mm，密度為110kg/m3的玻璃纖維針刺氈上，使玻璃纖維氈飽和吸附膠液，玻璃纖維氈無鼓泡、凹陷，上下表面均均勻平整，再送入45°C堿性氛圍中靜置25min，形成玻璃纖維氈氣凝膠濕材料。將玻璃纖維氣凝膠濕材料放入乙醇溶液中45°C浸泡24h。將陳化的玻璃纖維氣凝膠濕材料放入加有烷基化試劑的甲醇溶液中60°C浸泡12h。將表面改性過的玻璃纖維氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，超臨界溫度為55°C，壓力為18MPa ;二氧化碳?xì)怏w通過萃取釜的流量為250kg/h，從萃取釜的萃取出口收集流體至無溶液排出，停機取出材料。
[0028]將萃出材料隨機選取三點(三點應(yīng)盡量能反映整卷材料的性能)，取300 X 300mm材料各兩塊，測量密度、導(dǎo)熱系數(shù)、憎水性、機械強度。其相關(guān)數(shù)據(jù)略優(yōu)于實施例2。
[0029]當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，本發(fā)明還有其他的實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟， 1)二氧化硅氣凝膠膠液的配制； 2)玻璃纖維氈氣凝膠的成型； 3)玻璃纖維氈氣凝膠的陳化及表面改性； 4)玻璃纖維氈氣凝膠的干燥及檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述二氧化硅氣凝膠膠液由如下體積比的組分配制而成:正硅酸乙酯:99%工業(yè)酒精:水催化劑:添加劑=10: (30?200): (2?5): (0.1?1.5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述二氧化硅氣凝膠膠液的原料包括硅源前驅(qū)體、水解催化劑、添加劑和溶劑；所述硅源前驅(qū)體包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷中的一種或兩種以上混合物；所述水解催化劑包括純水、鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸，氨水、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或兩種以上的組合；所述添加劑包括乙基纖維素、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺、甲酰胺、乙酰胺及烷基化試劑中的一種或兩種以上的組合；所述溶劑包括甲醇、乙醇、丁醇、質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%以上的直鏈醇中的一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述玻璃纖維氈氣凝膠的成型是將二氧化硅氣凝膠膠液噴淋在玻璃纖維氈上，使玻璃纖維租飽和吸附膠液，再送入35?45 °C堿性氛圍中靜置15?25min，形成玻璃纖維租氣凝膠濕材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述玻璃纖維氈是以直徑為納米級的玻璃纖維材質(zhì)制成的，密度不大于300kg/m3，質(zhì)地均勻的板或氈；包括玻纖針刺氈、玻纖離心棉、玻纖壓合板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述陳化是將玻璃纖維氈氣凝膠濕材料放入乙醇溶液中35?45°C浸泡24h ;所述表面改性是將陳化的玻璃纖維氈氣凝膠濕材料放入加有烷基化試劑的乙醇溶液中50?60°C浸泡 12h0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述干燥是將陳化的玻璃纖維氈氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，從萃取釜的萃取出口收集流體；以制備親水型玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈； 所述干燥是將表面改性后的玻璃纖維氈氣凝膠材料放入萃取釜的物料桶中，將二氧化碳?xì)怏w注入萃取釜，保持萃取釜內(nèi)溫度和壓力在二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)與材料接觸，使材料中的溶劑溶解于超臨界流體之中，從萃取釜的萃取出口收集流體；以制備疏水型玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的玻纖復(fù)合型二氧化硅氣凝膠保溫氈的制備工藝，其特征在于:所述二氧化碳?xì)怏w的超臨界狀態(tài)溫度為45?55°C，壓力為10?ISMPa ;二氧化碳?xì)怏w通過萃取釜的流量為200?250kg/h，萃取時間為8?12h。
【文檔編號】C04B30/02GK104496402SQ201410787165
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】周蕊, 鄧林, 田冠宇 申請人:貴州航天烏江機電設(shè)備有限責(zé)任公司