[发明专利]一种气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材及其制备方法

权利要求书

1.一种气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材，配方比例按重量份计如下：80～99份气凝胶、1～20份棉纤维和0～20份聚合物；

所述气凝胶是以一种或多种烷氧基硅烷为主要原料，通过水解-缩聚反应和辐照固化反应制备，由Si-C-O网络与Si-O-Si网络交错互联而成的有机-无机纳米杂化材料。

2.根据权利要求1所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材，其特征是：所述芯材厚度小于或等于1.0mm，孔径为100～1000nm。

3.根据权利要求1所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材，其特征是：所述棉纤维为玻璃棉、岩棉、矿渣棉、玄武岩棉或硅酸铝棉中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材，其特征是：所述聚合物是聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺及聚丙烯酸酯中的一种或几种。

5.气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，其特征是按质量份计步骤如下：

（1）合成硅溶胶：将100份硅源、100～600份水和400～2000份溶剂混合，采用机械搅拌或超声的方式经过0.1～24h的水解反应得到硅溶胶，然后将1～20份的棉纤维浸渍在硅溶胶中，搅拌或超声0.01～6h；

（2）溶胶-半凝胶转变：将步骤（1）所得的硅溶胶置于暗箱中，在其中加入0～5份光引发剂和0～20份数均聚合度为1～50的有机单体或低聚物，采用机械搅拌或超声的方式使之混合0.01～6h，缓慢滴加碱性催化剂，调节硅溶胶的pH至5.5～10，超声或搅拌0～2h，得到半凝胶；

（3）裹覆聚合物层：在避光的环境下，通过辐照使半凝胶表面的反应性有机基团和半凝胶孔隙内部的有机单体或低聚物发生聚合与交联，使其形成线性或低度交联的Si-C-O有机网络，获得裹覆聚合物层，具有Si-O-Si和Si-C-O双网络结构的棉纤维-湿凝胶复合体；

（4）溶剂置换：将棉纤维-湿凝胶复合体置于步骤（1）所使用的溶剂与正己烷组成的混合液中，置换1～3次，每次0.1～12h，得到棉纤维-湿凝胶芯材胚；

（5）表面改性：将棉纤维-湿凝胶芯材胚置于改性液中，在10～55℃下表面改性0.1～12h，用清洗液清洗0～12h，得到湿凝胶改性棉纤维芯材胚；

（6）干燥：将步骤（5）所述湿凝胶改性棉纤维芯材胚放入20～80℃的环境中烘干0.1～48h，即得气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材。

6.根据权利要求5所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，其特征是：步骤（1）所述硅源由一种或多种烷氧基硅烷组成，其中至少有一种烷氧基硅烷含有乙烯基、环氧基和丙烯酰氧基中的一种或多种；

所述溶剂是醇、醛、胺、酯、醚和酮中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，其特征是：步骤（2）所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦、安息香醚、二苯甲酮、苯偶酰双甲醚和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或几种；

所述有机单体或低聚物具体为端头是羟基、乙烯基、异氰酸酯基、环氧基、氨基、酰胺基、羧基或酸酐基的有机单体或低聚物；

所述有机单体或低聚物通过辐照固化可形成聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺及聚丙烯酸酯中的一种或多种；

所述碱性催化剂是氨水、NaOH和KOH中的一种或几种与步骤（1）所述溶剂组成的混合液。

8.根据权利要求5所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，其特征是：步骤（3）所述辐照为紫外光、红外光、可见光和电子束中的一种或几种；

所述辐照时间为0.01～600s。

9.根据权利要求5所述气凝胶改性棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，其特征是：步骤（5）所述改性液包括质量比为0～20%的硅烷偶联剂和80～100%的溶剂；

所述硅烷偶联剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；

所述溶剂为步骤（1）所采用的溶剂或在其中添加0～10%的失水山梨醇酯、蔗糖酯和烷基醇酰胺中的一种或多种；

所述清洗液为步骤（1）所使用的溶剂与正己烷组成的混合液。