[发明专利]具有亲水性或疏水性的气凝胶/非织物复合材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种具有亲水性或疏水性的气凝胶/非织物复合材料的制备方法及其产品，该制备方法包括下列步骤：将一烷氧化硅类化合物与一聚二甲基硅氧烷类化合物进行混合，再添加一硅烷偶合剂类化合物继续搅拌，随后滴入酸触媒进行水解反应，随后再加入高含水碱触媒(或低含水碱触媒)有机水溶液进行缩合反应，以形成硅胶‑硅气凝胶‑硅烷偶合剂气凝胶溶胶溶液；将前述溶胶溶液浸泡非织物，并经凝胶化熟成以及干燥程序，得到一具柔软性的疏水性(或亲水性)气凝胶/非织物复合防火隔热材料，本发明可同时大量生产具有不同亲疏水表面性质且具有柔软性的气凝胶/非织物复合材料，其可作为产业高温设备的隔热材料或建筑结构的室内隔热与防火板材等用途。

技术领域

本发明涉及一种可具有不同表面亲疏水性质并具有柔软性的气凝胶/非织物复合防火隔热材料的制备方法及其产品，特别涉及一种结合烷氧化硅类化合物、聚二甲基硅氧烷类化合物和硅烷偶合剂类化合物的硅胶-硅气凝胶-硅烷偶合剂三混合的气凝胶溶胶溶液体系；将此三混合气凝胶溶胶溶液浸泡一非织物，使前述气凝胶溶胶溶液均匀穿插在该非织物中，再经一干燥程序，以得到一可具有不同亲疏水表面性质并具有柔软性的气凝胶/非织物复合材料，该材料可应用于高温设备的隔热材料或建筑结构的室内隔热以及防火板材料。

背景技术

按，气凝胶拥有许多的特殊性质，如低密度、高孔隙率、高比表面积以及低热传导系数。目前气凝胶的制备方法一般是溶胶凝胶合成法，由烷氧化硅类(Alkoxysilane)或正硅酸甲酯等前驱物与含水有机溶剂进行混合后，添加酸触媒，进行水解反应(Hydrolysis)。水解一定时间后，再添加碱触媒，进行缩合反应(Condensation)，反应后形成溶胶。溶胶内的分子继续进行缩合反应键结，逐渐形成半固态的高分子凝胶，再经过一段时间的熟化，胶体会形成结构稳定的3D立体网狀结构。

此外，气凝胶可利用化学剂进行改质，其原理为将气凝胶表面的氢氧(-OH)官能基与改质剂上的氯(-Cl)反应产生盐酸，然后取代氢(-H)，改质为疏水的-OSi(CH₃)₃官能基。此种疏水的官能基，在气凝胶常压干燥的过程中，可以减少表面张力的大小，在极小量的体积收缩下，仍能保有湿凝胶的3D立体网狀结构。

传统气凝胶材料，因含有大量的水分子，故其干燥制程需利用二氧化碳超临界干燥机进行干燥，其制备条件是在温度34摄氏度的高压条件将液态二氧化碳转变成超临界条件，并利用超临界二氧化碳将气凝胶中水分子溶出干燥。但此制备方法无法实现工业化，其所制备的气凝胶也会明显存在龟裂而易破碎，进而影响气凝胶的整体工业应用，故制备上仍有相当改善的空间。

目前国内外一些有关气凝胶材料专利的先前技术资料，略举如下：

1.美国专利第8,029,871号「生产二氧化硅气凝胶涂层的方法」，公开了其二氧化硅气凝胶涂料是由烷氧基硅烷和有机改性剂进行水解以及聚合反应后所得到的湿的有机改性二氧化硅凝胶，利用超声波处理所制备的形成有机改性二氧化硅凝胶形成有机改性的二氧化硅分散物，添加紫外线固化型树脂和光聚合引发剂于此有机改性的二氧化硅分散物形成二氧化硅气凝胶涂料液体，应用此涂料液体于基材上，然后照射紫外线于此涂层。

2.美国专利第8,021,583号「含有气凝胶毯子」，公开了一种毯子的制备方法，其为形成型疏水性气凝胶浆液，纤维和至少一个润湿剂，干燥此浆液形成一极大的干燥产品，并将该干燥产品制成毛毯，以应用在各层面。

3.另有本发明的相关前案如中国台湾发明专利第103135659号「气凝胶/非织物复合防火/隔热材及其制备方法」，主要公开了将一烷氧化硅类或一正硅酸甲酯在一低含水有机溶液中进行混合，并添加一酸触媒，以进行一水解反应。再添加一碱触媒无水有机溶液以进行缩合反应，形成凝胶化的一气凝胶。将前述气凝胶加入一非织物中，使前述气凝胶充分穿插在该非织物中，并经一干燥程序，以形成一气凝胶/非织物复合隔热材料。藉此，能大量生产出本发明的气凝胶/非织物复合材料，作为隔热材料或防火材料的用途。

发明内容