[发明专利]基于二氧化硅的气凝胶在保温隔热材料中的应用

说明书

本发明公开基于二氧化硅的气凝胶在保温隔热材料中的应用，气凝胶使用氨基封端聚硅氧烷对埃洛石改性后，再加入正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、二甲基甲酰胺和氨水反应形成凝胶，最后进行二氧化碳超临界萃取，以得到二氧化硅气凝胶。本发明气凝胶采用机械强度高、导热性低，热稳定性能好的中空天然粘土纤维埃洛石作为增强相，制得的二氧化硅气凝胶隔热复合材料具有较高的孔隙率、较低的密度、优异的力学性能、良好的绝热性能和较高的耐热性。

本发明申请是母案申请“一种高强度、高隔热二氧化硅气凝胶及其制备方法”的分案申请，母案申请的申请日为2015年5月11日，申请号为2015102362618。

技术领域

本发明属于保温隔热材料领域，更加具体地说，涉及一种高强度、高隔热二氧化硅气凝胶及其制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种新型低密度、透明、结构可控的纳米多孔材料。与传统二氧化硅颗粒相比，二氧化硅气凝胶具有连续的三维网状结构，具有低密度、高空隙率、高比表面积等结构特点(不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展，王妮等，材料导报A：综述篇，2014年第28卷第1期，42-45)。同时具有优异的保温隔热性能，常温常压下导热率极低，是目前已知的导热率最低的固体材料，在建筑保温隔热领域具有广泛的应用前景。

二氧化硅气凝胶独特的结构赋予其优异的隔热性能，主要通过以下机理实现：(1)零对流效应：由于气体分子运动的平均自由程(约为70nm)大于二氧化硅气凝胶的孔隙直径，因此二氧化硅气凝胶孔隙内气体分子的运动会受到限制，气体分子很难发生碰撞或碰撞几率很小，使得二氧化硅气凝胶材料的热对流传热很低；(2)无穷多遮热板效应：二氧化硅气凝胶中大量孔隙形成的“无数多个”界面对热辐射的反射、散射和吸收作用有效抑制了二氧化硅气凝胶的热辐射传导；(3)长路途效应：二氧化硅气凝胶骨架是由二氧化硅纳米粒子二次堆积而成的纳米三维网络结构，这种网络结构使热量在二氧化硅气凝胶固体骨架中传递的通路变得曲折漫长，而且网络结构中存在的盲端进一步提高了二氧化硅气凝胶骨架的热阻，与此同时，纳米级的二氧化硅气凝胶骨架使声子传输受边界散射的制约作用增强，从而形成“长路途效应”，造成二氧化硅气凝胶固体骨架具有很高的热阻。因此，二氧化硅气凝胶连续无规的三维纳米多孔网状结构是其表现超级绝热性能的关键。但是这种独特结构又会造成二氧化硅气凝胶较差的力学性能，严重限制其应用范围。近年来国内外关于提高二氧化硅气凝胶力学性能的研究大多是在二氧化硅气凝胶体系中加入无机粒子或纤维以及引入高分子相。这些方法虽然对二氧化硅气凝胶材料的力学性能有着较大程度的提高，但是由于大量他相组分的引入，二氧化硅气凝胶孔隙率也会随之大幅增加，使得气凝胶的保温隔热性能显著下降，严重影响其珍贵的超级绝热性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高强度、高隔热二氧化硅气凝胶及其制备方法，旨在采用机械强度高、导热性低，热稳定性能好的中空天然粘土纤维埃洛石作为增强相，制得的二氧化硅气凝胶隔热复合材料具有较高的孔隙率、较低的密度、优异的力学性能、良好的绝热性能和较高的耐热性。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种高强度、高隔热二氧化硅气凝胶及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将5-20重量份的埃洛石超声分散于二甲基亚砜中，加入0.1-2重量份N，N-羰基二咪唑，在50-70℃下持续搅拌活化处理1-5h，随后加入1-3重量份氨基封端聚硅氧烷，在50-70℃下反应3-8h后将产物过滤，使用蒸馏水将产物洗涤至中性后干燥；

在所述步骤1中，所述二甲基亚砜的用量为100—500体积份，1体积份为1mL。

在所述步骤1中，在50-70℃下搅拌速度为150—300转/min。

在所述步骤1中，在将产物洗涤至中性后，在100℃鼓风干燥箱内烘干24-48h。