[发明专利]一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶复合隔热材料技术领域，尤其涉及一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法。

背景技术

我国建筑保温市场上的保温材料保温虽好，但易燃烧、并产生大量浓烟和毒气，而混凝土、泡沫玻璃、岩棉板等无机保温材料资源消耗大；以粉煤灰、高岭土等铝硅质材料制备的多孔地质聚合物具有高强度、耐高温、防火、耐腐蚀等优良特性，进一步拓展了建筑领域不燃保温材料的选择，但其相对的导热系数比较高，大多在0.1以上，且不耐水。

二氧化硅气凝胶是一种具有极高孔隙率和纳米孔的非晶体固体材料，在常温常压空气中导热系数为0.012-0.016W/(m·K)，低于静态空气的0.024W/(m·K)，同时具有较强的疏水性，与水的最大接触角可达158°，因此其具有很广泛的使用前景。专利CN201310301788.5提供了一种碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，将静电纺碳化硅陶瓷纤维毡浸入气凝胶溶胶中，得到碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料。虽然其复合材料密度低、比表面积大、热导率低，但其采用超临界干燥，成本较高、安全性差、设备工艺复杂；专利CN201510236100.9提供了一种以无机纤维为增强材料的复合气凝胶的制备方法，该方法主要是利用浸渗工艺将溶胶浸入无机纤维中，再通过改性修饰和通过超临界干燥得到复合材料。然而无机纤维，并且气凝胶与纤维的填充结合使复合气凝胶材料的结合强度有限；专利CN200910071845.9提供了一种陶瓷气凝胶，通过凝胶注模成型制备陶瓷气凝胶的方法。但由于陶瓷不耐水，且保温性差、容重高、成本高、产量低、生产过程中需要高温，高能耗，高污染。

近年来，随着对多孔地质聚合物的深入了解，其免烧结与独特的三维硅铝网状结构所吸引着越来越多的学者开始就这一课题进行研究。目前还没有将多孔地质聚合物应用在气凝胶复合材料中的报道。

发明内容

本发明提出了一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法，以多孔地质聚合物为基体，二氧化硅气凝胶为填充体，采用溶胶-浸泽-凝胶方法将二氧化硅气凝胶嵌入在多孔地质聚合物的孔隙中形成多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，本发明兼顾了高强度、耐高温、容重低和低导热率、防水性能好的优点，满足是实际应用对隔热材料的性能要求，制备过程中溶剂和改性剂消耗量少，过程易控制，可连续化生产。

本发明提出的一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，包括多孔地质聚合物和二氧化硅气凝胶；其中多孔地质聚合物为基体，二氧化硅气凝胶为填充体嵌入在多孔地质聚合物的孔隙中形成多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。

优选地，二氧化硅气凝胶对多孔地质聚合物的孔隙的填充为物理填充，多孔地质聚合物和二氧化硅气凝胶之间没有发生化学反应。

优选地，多孔地质聚合物原料包括：粉煤灰、碱性激发剂、泡沫。

优选地，粉煤灰、碱性激发剂、泡沫的重量比为8：6-11：6-8。

优选地，粉煤灰、碱性激发剂、泡沫的重量比为8：7：7。

优选地，碱性激发剂为水玻璃。

优选地，水玻璃的模数为3.3-3.8，美波度为30-35。

优选地，水玻璃的模数为3.55，美波度为32。

优选地，多孔地质聚合物原料还包括水，粉煤灰和水的重量比为4：0-1。

优选地，水为市供自来水。

优选地，泡沫由物理发泡制得。

优选地，泡沫由发泡剂加水经机械搅拌制得。

优选地，发泡剂为蛋白质发泡剂。

优选地，多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料中二氧化硅气凝胶对多孔地质聚合物孔隙的填充率为88-92％。

优选地，多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料进行了表面改性。

优选地，采用表面改性剂对多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料进行表面改性。

优选地，表面改性剂为六甲基氧二硅烷、六甲基二硅胺烷或三甲基氯硅烷。

优选地，表面改性剂为六甲基氧二硅烷。

优选地，粉煤灰为市售一级、二级粉煤灰中的任意一种或者两种任意混合物。

本发明提出的一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、多孔地质聚合物制备：

将粉煤灰、碱性激发剂和水混合均匀，加入泡沫，在转速为650-800rpm条件下搅拌3-5min得到泡沫浆料，将泡沫浆料注模成型，室温下固化，脱模，在45-65℃下干燥养护得到多孔地质聚合物；

S2、二氧化硅溶胶制备：