[发明专利]一种低成本气凝胶保温材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种低成本气凝胶保温材料、制备方法及其应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)混料：将气凝胶粉、短切纤维和有机溶剂混合，得到共混料，优选的是，将气凝胶粉、短切纤维和有机溶剂放入具有搅拌和/或旋转功能的混料设备中进行混合；(2)成型：将所述共混料压制成型，得到初坯，优选的是，将所述共混料放置于模具中，再用压制设备压制成型；和(3)干燥：将所述初坯干燥，得到气凝胶保温材料。该方法不能获得热导率低的保温材料，还降低了气凝胶材料的成本，扩大了气凝胶材料在建筑领域和管道保温领域的应用范围。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种低成本气凝胶保温材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着社会经济的高速发展，全球的能源消耗急剧上升，能源的紧缺已经成为世界范围性的重大问题。建筑节能是节能减排的重要组成部分。建筑业是能源需求增长较快的领域。2004年，建筑总能耗为51730万吨标准煤，约占我国社会总能耗的25.45％。到了2008年，这一数据增长到27.5％。建筑节能的重要程度可见一斑。

目前，市场上广泛使用的保温材料为有机类保温材料，例如膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫等。这类保温材料具有重量轻、可加工性好、致密性高、保温隔热效果好等优点，但也有着不容忽视的缺点：不耐老化、变形系数大、生态环保性差、稳定性差、安全性差、易燃烧。尤其是近几年来，建筑物因大面积使用聚苯板保温材料所引发的火灾事故频发，造成了巨大的经济损失和人身伤亡。故，建筑墙体保温材料防火等级提高是建筑行业必然的发展趋势，发展和推广低导热系数的A级防火隔热材料是行业重要任务。

气凝胶材料发现于20世纪30年代，是一种保温性能优越的A级防火隔热材料，其导热系数一般在0.013-0.03W/(m·K)，远低于目前市场上已有的用于建筑保温节能领域的无机类保温材料，如岩棉板、泡沫水泥板、泡沫玻璃等，具有很大的性能优势。气凝胶材料具有较好的保温隔热性能和防火性能，是传统保温材料理想替代品，具有良好应用前景。

但气凝胶本体强度差，应用受到限制。为了提高气凝胶材料的强度，目前普遍的做法是将气凝胶和纤维复合成复合材料，其中的纤维作为增强相，可以增加复合材料的强度。不过，这一方法也随之带来不利影响。一是纤维的加入使得复合材料隔热性能下降，导热系数升高。二是纤维的分散性较差，容易吸附团聚，制备过程对分散性要求较高。

受限于上述因素，目前报道的复合材料中的纤维含量较少，纤维的用量不会超过气凝胶的用量。对于某些性能要求较高的领域，为了提高复合材料的性能，有的报道中还需要使用一些添加剂，如胶黏剂(比如有机聚合物乳液、酚醛树脂胶黏剂、环氧树脂中的任一种或多种)或固化剂(比如邻苯二甲酸酐固化剂、均苯四甲酸酐固化剂、氟硅酸钠中的一种或多种)。这类添加剂的市售价均不低，甚至有的化合物的售价每吨超过2万元，导致其市场竞争力差，很难大范围应用于建筑保温领域。有的报道通过掺杂金属氧化物的手段改善复合材料的性能，但存在制备方法复杂，成本高的问题，是一种优异的实验室制造方法，但不适用于大规模的工业化生产。有的报道中不使用传统的二氧化硅气凝胶，使用材料性能更好的气凝胶材料(例如炭气凝胶)。但这类新型气凝胶的商业化应用因其制备工艺复杂、成本高、周期长、规模化生产难度等原因受到一定的限制。