[发明专利]一种纳米孔绝热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机绝热材料领域，特别是涉及一种具有纳米孔结构的绝热材料的制备方法。

技术背景

目前常用的无机绝热材料如石棉、玻璃棉、岩棉、硅酸铝纤维等纤维状材料及膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、微孔硅酸钙等泡沫状材料虽然已得到广泛的使用。但它们在高温条件下(如500℃以上)的隔热效果并不好，这是由于材料中的空隙尺度比较大，无法有效阻止热传递中的对流传热。如果一种材料其内部结构有的空隙和国相部分的粒子其尺度范围在100nm或以下，那么它能有效地限制这种材料的热对流和热传导，从而能获得良好的绝热性能。

最早期的纳米孔材料是采用硅源溶胶来形成凝胶，若将凝胶中的液相除去变形成了硅气凝胶，由于硅气凝胶具有纳米级的空隙，因此能有效地限制其空隙内的气体热对流。但是这种气凝胶的制备需要在高温高压下进行超临界干燥，给材料的制备带来了极大的困难，美国专利说明书US-2093454和US-3672833公开了这种材料的制备方法。

美国专利说明书US4610863中使用液态CO₂来置换原来凝胶中溶剂的方法来降低干燥压力，但使用液态CO₂置换过程相当困难，并且还是需要在高于8.09MPa的高压下进行干燥。

为了避免超临界干燥所带来的困难，美国专利说明书US 6172120和US6315971及中国专利局公布的CN1158598A专利中分别采用了各种表面修饰和溶剂清洗的方法来降低凝胶中的表面张力，从而来避免制品在干燥时所产生的收缩和开裂。该方法的缺点是4-6次的溶剂清洗给制品的制备带来很大的麻烦，另外制作周期长，溶剂耗量大等也给材料的制备带来困难。

在中国专利CN1214319A专利和CN1636917公布的技术中，分别采用玻璃纤维和微孔硬硅钙石作为骨架增强材料来提高其结构的完整性，但在这些专利说明书中，仍旧采用了超临界干燥这一工艺。

以上发明专利虽然所制备的材料具有良好的绝热性能，但是制备条件苛刻，给实际操作造成了很大的不便。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种导热系数低、制作方便、能免去烦杂的溶剂置换和超临界干燥过程，并易于成形的纳米孔绝热材料的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的纳米孔绝热材料是由如下重量百分比的组份制备成的：

纳米级的二氧化硅：    25-85％

硅源溶胶：            5-25％

无机增强纤维：        0-30％

结构增强剂：          0-10％

表面改性剂            0-5％

遮光剂                0-40％

催化剂：              使体系的pH数值为4～7

稀释剂：              余量。

所说的纳米级的二氧化硅选自火焰硅灰、白碳黑或气相二氧化硅，可以采用市售产品，如Degussa公司的Aerosil R812产品，其粒径为7～14纳米；

所说的硅源溶胶选自正硅酸乙脂、硅溶胶或其它胶体二氧化硅；

所说的无机增强纤维选自高纯玻璃纤维，硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维等，要求这些纤维具有950℃以上的使用温度；

所说的结构增强剂选自环氧树脂乳液、硅-丙乳液、苯-丙乳液、有机硅树脂乳液，这些乳液的粒径要求在10～50纳米范围内；

所说的表面改性剂选自带有活性基团的硅氧烷，如亲水性氨基硅油、羟基硅油、含氢硅油或甲基硅油等硅油类乳液，可以采用Wack公司生产的Silres产品；

所说的遮光剂选自二氧化钛、三氧化二铬、三氧化二铁、氧化锆、碳化硅等材料的超细微粉，原始粒径≤250纳米，可以采用DuPont公司生产的Ti-Pure R-103产品；

所说的催化剂是能电离出H+离子的无机酸或有机酸，优选盐酸、硫酸、草酸、乳酸或甲酸、乙酸；

所说的稀释剂为水或体积浓度为30～95％的甲醇、乙醇、乙二醇，优选乙醇；

上述的纳米孔绝热材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅源溶胶加稀释剂，解并稀释成二氧化硅重量浓度为10-20％的水合溶液或醇溶液，然后加入结构增强剂、表面改性剂和催化剂，使体系的pH数值为4～7，获得液体溶胶；

(2)将纳米级的二氧化硅与遮光剂进行混合，获得粉体，将粉体加入步骤(1)的液体溶胶，得到膏体状的凝胶材料；