一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，所述增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料是由單塊氣凝膠或兩塊氣凝膠或兩塊以上氣凝膠構(gòu)成，在塊體氣凝膠的表面或塊體界面之間，通過纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)的水性膠黏劑包覆或粘結(jié)成一體，增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料制備方法如下：(1)表面疏水改性處理；(2)表面親水/疏水改性處理；(3)增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備：將水性膠黏劑和纖維網(wǎng)格布均勻包覆于氣凝膠塊體表面或兩個(gè)塊體之間，固化，得到增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料。本發(fā)明公開的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料除了具有優(yōu)異的隔熱保溫、隔音、防火、防爆、減震吸能等特性外，還具有輕質(zhì)、較好的力學(xué)性能，且材料制備工藝簡便實(shí)用，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說明】一種増強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其涉及一種氣凝膠復(fù)合材料，屬于輕質(zhì)、保溫、防火、隔音、防爆、減震吸能材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硅氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的納米輕質(zhì)多孔材料，具有納米結(jié)構(gòu)、表面積大、孔隙率高等特點(diǎn)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性使其在熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面具有奇異的性能，如導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.012ff/m2.k以下，遠(yuǎn)低于常溫下靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)(0.024W/m2 *k)，是所有固體材料中隔熱保溫性能最好的一種，且質(zhì)輕、透明、防水防火、隔音降噪、減震吸能、防酸堿、耐腐蝕、不易老化、使用壽命長、綠色環(huán)保，是具有巨大發(fā)展前景的新材料，可廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、安保反恐等軍事領(lǐng)域以及綠色建筑、熱量傳輸、太陽能利用、公共交通、金融設(shè)備防護(hù)等民用領(lǐng)域。但由于二氧化硅氣凝膠特殊的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致其強(qiáng)度低、脆性大，且易產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，破壞氣凝膠納米孔結(jié)構(gòu)，這些方面的技術(shù)困難，其發(fā)展和工程應(yīng)用受到極大限制。
[0003]為了克服二氧化硅氣凝膠力學(xué)性能的缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:(I)將纖維作為增強(qiáng)相，制備出增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料；(2)將氣凝膠粉體作為隔熱保溫組元，與粘合劑混合成涂料或固化成板材。上述氣凝膠復(fù)合材料雖然均可提高氣凝膠的力學(xué)性能，但它們均或多或少地提高了氣凝膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)在0.020ff/(m2.K)以上)，均無法達(dá)到氣凝膠塊體極佳的保溫隔熱水平(導(dǎo)熱系數(shù)在0.012ff/(m2 -K)以下)，且前者氣疑膠復(fù)合材料表面易粉化掉粉，污染操作環(huán)境，后者氣凝膠粉體納米孔結(jié)構(gòu)易破壞和氣凝膠粉體填充體積受到制約，因此，如何在不損失二氧化硅氣凝膠極低導(dǎo)熱系數(shù)(在0.012W/(m2*K)以下)的前提下，努力提高其力學(xué)性能是其發(fā)展和工程應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵步驟。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，在充分發(fā)揮氣凝膠塊體優(yōu)異隔熱保溫特性(導(dǎo)熱系數(shù)在0.012W/(m2.Κ)以下)的同時(shí)，顯著提高塊體氣凝膠的抗折和抗壓性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:本發(fā)明一方面提供一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，所述增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料是由單塊或多塊氣凝膠構(gòu)成，在氣凝膠的表面或塊體界面之間，通過纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)的水性膠黏劑包覆或粘結(jié)成一體。
[0006]進(jìn)一步地，所述氣凝膠為二氧化硅氣凝膠。
[0007]進(jìn)一步地，所述水性膠黏劑為水性無機(jī)膠黏劑和水性有機(jī)膠黏劑中的一種或多種混合物。優(yōu)選地，所述水性無機(jī)膠黏劑為水泥、石膏、石灰石、水玻璃或氧化銅-磷酸膠。優(yōu)選地，所述水性有機(jī)膠黏劑為水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性有機(jī)硅樹脂、水性氟碳樹脂、醋酸乙烯-乙烯聚合物膠或聚乙烯醇縮醛膠。
[0008]進(jìn)一步地，所述纖維網(wǎng)格布為耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布、聚丙烯纖維網(wǎng)格布、聚酯纖維網(wǎng)格布、聚氯乙烯纖維網(wǎng)格布、石棉網(wǎng)格布、芳綸纖維網(wǎng)格布中的一種或多種。
[0009]另一方面，本發(fā)明提供了增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:(I)表面疏水改性處理:采用雙組份表面改性劑對(duì)氣凝膠表面進(jìn)行疏水改性處理，形成具有S1-O-S1-C鍵和S1-O-C鍵兩種疏水基團(tuán)；(2)表面親水/疏水改性處理:在一定溫度和氧氣氛環(huán)境中，對(duì)氣凝膠表面上的S1-O-C疏水基團(tuán)進(jìn)行氧化處理，使其被氧化成S1-OH親水基團(tuán)，而S1-O-S1-C疏水基團(tuán)保持不變，在氣凝膠塊體表面形成一種親水/疏水特性的表面結(jié)構(gòu)；(3)增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備:將水性膠黏劑和纖維網(wǎng)格布均勻包覆于氣凝膠塊體表面或兩個(gè)氣凝膠塊體之間，固化，得到增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料。
[0010]進(jìn)一步地，所述雙組份表面改性劑為乙醇、異丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油、丙酮、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ -氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N- (β -氨乙基)-γ -氨丙基三乙氧基硅烷中的兩種。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中表面疏水改性處理溫度為120-400°c，表面疏水改性處理時(shí)間為l_12h。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中表面親水/疏水改性處理溫度為200-800°C，表面親水/疏水改性處理時(shí)間為l_12h。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中氧氣氛為空氣。
[0014]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0015]上述方案中，(I)使用雙組分表面改性劑和表面改性劑選擇性親水氧化處理工藝，可以精確控制氣凝膠表面的親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)比例，進(jìn)而控制氣凝膠表面能，獲得既能被水性溶劑潤濕，又不被水性溶劑破壞的同時(shí)具有疏水/親水特性的表面結(jié)構(gòu)，與水性膠黏劑可形成較好的界面結(jié)合；
[0016](2)通過使用氣凝膠塊體/水性膠黏劑/網(wǎng)格布/水性膠黏劑結(jié)構(gòu)，制得具有優(yōu)異抗折、抗壓性能，表面平整的氣凝膠復(fù)合材料的同時(shí)，還具有優(yōu)異的隔熱保溫、隔音、防火、防爆、減震吸能等特性；
[0017](3)本發(fā)明工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)；
[0018](4)所發(fā)明的氣凝膠復(fù)合材料還很容易與其它材料進(jìn)一步復(fù)合，可廣泛應(yīng)用于國防軍工、安保反恐等軍事領(lǐng)域以及綠色建筑、熱量傳輸、公共交通、金融設(shè)備防護(hù)等民用領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料截面剖析圖。I為二氧化硅氣凝膠塊體，2為水性膠黏劑，3為增強(qiáng)纖維網(wǎng)格布，4為水性膠黏劑。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例的一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料是由單塊或多塊二氧化硅氣凝膠塊體I構(gòu)成，在氣凝膠的表面或塊體界面之間，通過纖維網(wǎng)格布3增強(qiáng)的水性膠黏劑包覆或粘結(jié)成一體，所述水性膠黏劑為水性無機(jī)膠黏劑和水性有機(jī)膠黏劑中的一種或多種混合物，水性無機(jī)膠黏劑選自水泥、石膏、石灰石、水玻璃、氧化銅-磷酸膠組成的組，水性有機(jī)膠黏劑選自水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性有機(jī)硅樹脂、水性氟碳樹脂、醋酸乙烯-乙烯聚合物膠、聚乙烯醇縮醛膠組成的組，所述纖維網(wǎng)格布選自耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布、聚丙烯纖維網(wǎng)格布、聚酯纖維網(wǎng)格布、聚氯乙烯纖維網(wǎng)格布、石棉網(wǎng)格布、芳綸纖維網(wǎng)格布中的一種或多種。
[0023]實(shí)施例2
[0024]實(shí)施例1的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:⑴二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h ;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0025](2)以525普通硅酸鹽水泥作為水性膠黏劑、耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布(3X3mm，80g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為l-5mm。
[0026](3)按照水泥養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，在一定溫度和濕度條件下養(yǎng)護(hù)28d后制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0027]實(shí)施例3
[0028]本實(shí)施例的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法是將實(shí)施例2中的水性膠黏劑改變?yōu)?01膠。
[0029](I) 二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0030](2)以901膠為水性膠黏劑、耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布(3X3mm，80g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為1_5_。
[0031](3)在空氣氣氛中靜置48h，待901膠完全固化后制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0032]實(shí)施例4
[0033]本實(shí)施例的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法是將實(shí)施例2中的耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布改變?yōu)榫垡蚁┐祭w維網(wǎng)格布。
[0034](I) 二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0035](2)以901膠為水性膠黏劑、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布(2X2mm，100g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為1_5_。
[0036](3)在空氣氣氛中靜置48h，待901膠完全固化后制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0037]實(shí)施例5
[0038]本實(shí)施例是將實(shí)施例3中的耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布改變?yōu)榫垡蚁┐祭w維網(wǎng)格布。
[0039](I) 二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0040](2)以901膠為水性膠黏劑、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布(2X2mm，100g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為1_5_。
[0041](3)在空氣氣氛中靜置48h，待901膠完全固化后制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0042]實(shí)施例6
[0043]本實(shí)施例是將實(shí)施例5中的水性膠黏劑改變?yōu)樗杂袡C(jī)硅樹脂。
[0044](I) 二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0045](2)以水性有機(jī)硅樹脂為水性膠黏劑、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布(2X2mm，100g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為l-5mm0
[0046](3)在空氣氣氛中靜置48h，待水性有機(jī)硅樹脂干燥后，然后在100°C溫度條件下熱處理2h，制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0047]實(shí)施例7
[0048]本實(shí)施例是將實(shí)施例2中的水性膠黏劑改變?yōu)榻ㄖ唷?br> [0049](I) 二氧化硅氣凝膠塊體表面改性:在200°C條件下，使用六甲基二硅氮烷和異丙醇(摩爾比為3: I)對(duì)二氧化硅氣凝膠塊體進(jìn)行氣相改性，改性時(shí)間為4h;然后對(duì)改性后的氣凝膠在450°C空氣氣氛環(huán)境中熱處理3h，備用。
[0050](2)以水性建筑石膏為水性膠黏劑、耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布(3X3mm，80g/m2)均勻包覆于二氧化硅氣凝膠塊體表面或兩塊二氧化硅氣凝膠塊體之間，水性膠黏劑厚度為l-5mm0
[0051](3)在空氣氣氛中靜置12h，待建筑石膏完全固化后制得氣凝膠復(fù)合材料。
[0052]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料是由單塊或多塊氣凝膠構(gòu)成，在氣凝膠的表面或塊體界面之間，通過纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)的水性膠黏劑包覆或粘結(jié)成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述氣凝膠為二氧化娃氣凝膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述水性膠黏劑為水性無機(jī)膠黏劑和水性有機(jī)膠黏劑中的一種或多種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述水性無機(jī)膠黏劑為水泥、石膏、石灰石、水玻璃或氧化銅-磷酸膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述水性有機(jī)膠黏劑為水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性有機(jī)硅樹脂、水性氟碳樹脂、醋酸乙烯-乙烯聚合物膠或聚乙烯醇縮醛膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料，其特征在于，所述纖維網(wǎng)格布為耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布、聚乙烯醇纖維網(wǎng)格布、聚丙烯纖維網(wǎng)格布、聚酯纖維網(wǎng)格布、聚氯乙烯纖維網(wǎng)格布、石棉網(wǎng)格布、芳綸纖維網(wǎng)格布中的一種或多種。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)表面疏水改性處理:采用雙組份表面改性劑對(duì)氣凝膠表面進(jìn)行疏水改性處理，形成具有S1-0-S1-C鍵和S1-0-C鍵兩種疏水基團(tuán)；(2)表面親水/疏水改性處理:在一定溫度和氧氣氛環(huán)境中，對(duì)氣凝膠表面上的S1-0-C疏水基團(tuán)進(jìn)行氧化處理，使其被氧化成S1-OH親水基團(tuán)，而S1-0-S1-C疏水基團(tuán)保持不變，在氣凝膠塊體表面形成一種親水/疏水特性的表面結(jié)構(gòu)；(3)增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備:將水性膠黏劑和纖維網(wǎng)格布均勻包覆于氣凝膠塊體表面或兩個(gè)氣凝膠塊體之間，固化，得到增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述雙組份表面改性劑為乙醇、異丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油、丙酮、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Ν- (β -氛乙基)-γ _氛丙基二乙氧基娃燒中的兩種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述一種增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中表面疏水改性處理溫度為120-400°C，表面疏水改性處理時(shí)間為l_12h。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任一所述的增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中表面親水/疏水改性處理溫度為200-800°C，表面親水/疏水改性處理時(shí)間為 l-12h0
【文檔編號(hào)】C04B30/02GK104496403SQ201410812220
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】盧鋒 申請(qǐng)人:南京唯才新能源科技有限公司