[发明专利]纳米孔硅纤维及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种是利用玻璃纤维加工成的纳米孔硅纤维及其制备工艺。

技术背景

目前随着产业设施和住宅建设的快速发展，在建筑行业对保温材料的需求就很高，尤其是随着社会各个部门强调节能、环保的大环境下，对保温、绝热及隔音材料的要求更严格。

当前广泛采用的保温材料有有机高分子发泡树脂(如ps、pu的发泡)和无机纤维(如玻璃纤维，矿岩纤维等)。

有机高分子发泡树脂虽然重量轻，保温效果好，施工方便，但耐热性差，易燃并且燃烧时发生有毒气体发生，因此有致命的缺点。

美国等发达国家已经大量使用无机纤维保温材料。无机纤维中有玻璃纤维和矿岩纤维等。其中玻璃纤维的耐热温度为350℃左右，矿岩纤维的耐热温度为850℃左右，这些纤维的保温性和不燃性都很好。另外，无机纤维还包括硅纤维、陶瓷纤维等，这些纤维的耐热温度可达1000℃，因此高温工作环境中被广泛采用。但这种无机纤维保温材料的缺点是保温性能还是不如有机高分子型发泡树脂的保温性。

发明内容

基于现有技术所存在技术问题和不足，本发明旨在公开一种用玻璃纤维加工成纳米孔硅纤维的新技术，也就是玻璃纤维作为原料，把玻璃纤维中除二氧化硅(SiO2)之外的其它成分的物质析出，形成纳米孔硅纤维。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明以二氧化硅含量为45～85％的玻璃纤维为原料制备纳米孔硅纤维的工艺，主要包括盐分解的步骤和酸浸泡的步骤。

所述的玻璃纤维是在二氧化硅(SiO2)骨架里分布着相对活性强的下列金属氧化物Na2O-RO，如：Na2O-CaO，Na2O-B2O3，Na2O-Al2O3，Na2O-MgO等，其中R为IIA族或IIIA族的元素；

所述盐分解的步骤是利用铵盐与玻璃纤维表面的活性强的金属氧化物的反应将后者变成可溶性盐使所述纤维表面形成微细的纳米孔的阶段；

其化学反应方程式如下：

Na2O-RO+4NH4NO3＝2NaNO3+R(NO3)2+4NH3+2H2O

Na2O-RO+4NH4Cl＝2NaCl+RCl2+4NH3+2H2O

所述盐分解步骤中所用的盐为硝酸铵和氯酸铵的混合物，硝酸铵和氯酸铵混合比为1∶0.1～0.6较适宜。纳米孔的形成与盐分解剂的浓度及分解温度有关，随着分解剂浓度和分解温度的不同，玻璃纤维上形成的纳米孔也不同，此时用盐分解剂的适宜浓度为0.8～12.5％，适宜分解温度为100～500℃。

所述酸浸泡的步骤是使盐分解步骤中产生的微细纳米孔的可溶性盐完全析出并获得孔深和孔径符合要求的纳米孔纤维的阶段。

通过酸浸泡使纤维表面上形成纳米孔的过程是把盐分解过程中表面形成纳米微细孔的纤维浸泡在硝酸或盐酸或硫酸中扩张纤维表面的微孔，从而得到所需孔深和孔径的纳米孔纤维。利用硝酸时其浓度为7～20％，利用盐酸时其浓度为15～30％，利用硫酸时其浓度为25～45％。

酸浸泡过程为可溶性物质在溶液里扩散过程，因此，纤维表面上要得到均匀且有效的纳米孔，一定要均匀地搅拌，在50～100℃温度里进行1～5小时。

上述酸浸泡后的纤维在50～100℃清水里洗净，洗涤时间0.5～2小时，然后将所得到的纳米孔硅纤维在100～150℃温度下进行干燥，继而在550～650℃温度下进行热处理来稳定纳米孔的形成并增加纤维的强度。此时要注意的是热处理温度过高时，虽然能提高纤维的强度，但所形成的纳米孔大量地收缩掉；反之，热处理温度过低时，形成微细孔数量过多，反而降低纤维的机械强度。

采用上述方法处理即可获得纳米孔硅纤维，其以二氧化硅含量为45～85％的玻璃纤维为原料，制备出二氧化硅(SiO2)含量高达92-99％的多孔硅纤维，具有优良的耐热性能；同时，纳米孔结构，使其具有优良的保温绝热和隔音吸音效果。

所述纳米孔硅纤维的直径：0.5～20.0μm，长度：1.0mm以上，其表面孔径：3～200nm，孔深10nm以上，孔隙度(单位质量纤维的纳米孔隙体积)：0.1～0.2ml/g，孔隙率(纳米孔隙和纤维的体积比)：20～50％，热导系数：20℃时，0.021～0.033w/mm·k，吸音系数：0.65～1.00。

与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：其原料成本低，工艺简单，尤其所制备的纳米孔硅纤维性能优越，可广泛用于防火型建筑保温材料、绝热材料、隔音材料领域的最理想的高科技尖端材料。

附图说明

图1是本发明所述纳米孔硅纤维制备工艺的流程图。