[发明专利]一种硅基气凝胶-发泡材料隔热复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基气凝胶‑发泡材料隔热复合材料的制备方法。所制备的材料具有三维纳米多孔网络结构，相比较于传统的外墙外保温材料以及单纯的发泡材料，该复合材料解决了传统隔热保温材料耐火等级差、抗氧化性差的问题，降低了发泡材料的热导率。且该材料的密度为0.139‑0.160g/cm³，抗压强度为0.3‑0.6MPa，抗撕裂强度为4.3‑4.6MPa，热导率为0.042‑0.051W/(m·K)，吸水率为3％‑6％。其制备方法是酸碱两步法结合高压浸渍法、真空浸渍法，最后进行干燥处理。该制备方法工艺简捷，反应周期短，可实现循环使用且绿色环保，具有批量生产的前景。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种硅基气凝胶复合发泡材料的制备方法。

背景技术

传统的外墙外保温系统由于其热桥工艺处理复杂，并存在开裂、空鼓、脱落和保温层施工后外装饰面层操作麻烦等隐患，从而影响外墙保温系统性能及施工性、装饰性受局限。针对外墙外保温装饰一体化系统施工及专业队伍的多年研究和调研,探索了“保温装饰一体板及一体化施工法”。

发泡材料是一种无机保温材料，具有防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保，可与建筑物同寿命等优点。更重要的是材料防火等级为A1级，克服有机材料怕明火，易老化的致命弱点，填补了建筑无机保温材料的国内空白，在外墙外保温装饰一体化系统中具有明显的优势。SiO₂气凝胶是一种新型的结构可控非晶体固态材料，气孔率可达80％～98％，材料密度最小仅为3.55kg/m³，具有密度低、孔隙率高、热导率低和折射率低的特性。相比于岩棉板、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)板等传统保温隔热材料，SiO₂气凝胶在隔热领域表现出更优异的效果。

浙江大学材料科学与工程学院的仝凡制备了一种纤维增强泡沫玻璃陶瓷复合建筑保温材料，该材料体积密度为174～207kg/m³，抗压强度为0.39～0.45MPa，导热系数为0.061W/(m·K)。综合来看该材料基本满足目前建筑行业外墙外保温的需求，但由于材料密度大、导热系数偏高也存在墙体负重大、容易剥落等安全隐患问题，因此采用发泡材料作为基材，将其与硅基气凝胶复合制备一种绿色环保低热导外墙外保温用的隔热板材，旨在解决目前所发现的问题，使其在外墙外保温以及高温隔热等领域获取更大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种硅基气凝胶-发泡材料隔热复合材料的制备方法。

本发明的技术方案为：以预处理后的发泡材料为基材，通过酸碱两步法和溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶，通过高压浸渍法结合真空浸渍法将基材与二氧化硅溶胶复合，最后通过乙醇超临界干燥技术得到绿色环保低热导硅基气凝胶-发泡材料隔热复合材料，该复合材料具有三维纳米多孔网络结构，既降低了发泡材料的热导率，又解决了传统隔热保温材料耐火等级差、抗氧化性差的问题，而且其具有良好的热稳定性、化学稳定性、结构稳定性以及隔声性能，它的高比表面积也赋予了它良好的隔热及耐高温性能，所以是一种理想的隔热保温材料。所制得的硅基气凝胶-发泡材料隔热复合材料密度为0.139-0.160g/cm³，抗压强度为0.3-0.6MPa，抗撕裂强度为4.3-4.6MPa，热导率为0.042-0.051W/(m·K)，吸水率为3％-6％。

本发明的具体技术方案为：一种硅基气凝胶-发泡材料隔热复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)发泡材料预处理

将发泡材料完全浸没在装有溶剂的容器中一起放入高压反应釜中，保证高压反应釜的密封性。通过气体增压施加一定压力，并保压一定时间，使其闭孔结构变为开孔结构，排气后打开高压反应釜，然后将预处理好的发泡材料放入鼓风干燥箱中干燥，得到预处理好的发泡材料；

(2)SiO₂溶胶的制备