[发明专利]一种低粉尘气凝胶毡及其制备方法

说明书

本发明涉及一种气凝胶毡的制备方法，通过重复将湿凝胶毡降温至﹣40~﹣10℃再升温至0~20℃过程1~5次，利用湿凝胶孔结构内醇和水的体积膨胀使将裂纹引入气凝胶中的凝胶变形工艺，提高气凝胶毡的柔韧性，使气凝胶毡粉尘的产生最小化，以满足气凝胶毡作为柔韧形式使用的绝热材料或吸音材料的要求，能够有效缓解气凝胶毡弯折使用时掉粉问题；以及根据本方法制备的低粉尘的气凝胶毡。

技术领域

本发明涉及一种气凝胶毡的制备方法，具体涉及一种低粉尘高柔韧性的气凝胶毡及其制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，因其具有特殊的纳米级微孔和骨架结构而使其热导率效率、对流传热效率和辐射传热效率都得到了有效的限制，所以气凝胶具有非常低的导热系数，是目前世界上导热系数最低的固体材料。

通常，气凝胶通过二氧化硅前体如水玻璃或原硅酸四乙酯（TEOS）制备水凝胶并且在不破坏微观结构的情况下除去水凝胶中的液体成分而得到。二氧化硅气凝胶包括粉末、颗粒和整料三种常规形式。通过将二氧化硅气凝胶与纤维复合制得气凝胶毡或气凝胶片的形式，应用于工业保温等领域。

但在实际应用中气凝胶最大的缺点是会产生粉尘，气凝胶与毡体之间的粘附性较弱，导致使用过程中毡体与气凝胶分离。目前，现有防掉粉方案多采用玻纤布、铝箔布等贴敷在气凝胶毡表面，这种方式生产的产品柔韧性下降，不好卷曲弯折，不适用于要求柔韧形式的隔热吸音材料使用。

专利CN107735385A公开了一种低粉尘和高绝热的气凝胶毡的制备方法，采用酸刻蚀毡体的表面，使毡体的表面活化提高与二氧化硅气凝胶的粘附性，通过重复将浸渍二氧化硅凝胶的毡体沿圆筒卷绕把裂纹引入二氧化硅凝胶中的凝胶变形工艺来提高气凝胶本身的机械柔韧性以减少粉尘的产生。然而，将毡体用酸刻蚀会造成生产周期变长，生产成本增大，且会对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低粉尘气凝胶毡的制备方法，用于解决目前的气凝胶毡掉粉的技术问题。

本发明的低粉尘气凝胶毡的制备方法采用如下技术方案：

a)制备结合有二氧化硅湿凝胶的湿凝胶毡；

b)将湿凝胶毡进行冷热循环：重复将湿凝胶毡降温至﹣40~﹣10℃再升温至0~20℃过程1~5次；

c)将冷热循环后的湿凝胶毡进行干燥处理。

有益效果：在本发明的制备方法中，湿凝胶的三维网络骨架孔隙中充满了大量的醇类和水，在降温至﹣40~﹣10℃再升温至0~20℃的冷热循环过程中，孔隙内液体在低温作用下体积轻微膨胀会在凝胶网络中引入裂纹，裂纹的引入使二氧化硅凝胶毡中的凝胶变形，改善气凝胶的柔韧性，以进一步提高气凝胶毡的机械柔韧性，将该气凝胶毡作为柔韧形式的绝热材料或吸音材料使用，能够有效缓解气凝胶毡弯折使用时气凝胶与毡体的分离造成的掉粉问题。

进一步，在步骤b)对湿凝胶进行冷热循环前将湿凝胶毡进行表面疏水化改性或在步骤b)对湿凝胶进行冷热循环后对湿凝胶毡进行表面疏水化改性。

湿凝胶的表面含有大量的亲水基团，湿凝胶表面的改性过程是将这些亲水的基团替换为疏水的基团，疏水改性除了可以缓解气凝胶在干燥过程中引起的凝胶骨架收缩及使用过程中从环境中吸湿的问题。在步骤b)对湿凝胶进行冷热循环前将湿凝胶毡进行表面疏水化改性也能减少冷热循环过程中升温带来的凝胶骨架的收缩。

进一步，上述表面疏水化改性，使用有机硅烷化合物来进行表面改性，有机硅烷化合物包括三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷等。将有机硅烷化合物与乙醇按照摩尔比1：2~1：5混合而成改性液，将湿凝胶毡浸渍于改性液进行改性。改性后进行1~2次洗涤，洗涤是为了除去改性反应过程中产生的未反应的产物及副产物等杂质。