[发明专利]一种包装用隔热硅基气凝胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学及材料技术领域，具体涉及一种包装用隔热硅基气凝胶复合材料及其制备方法和应用。本发明包装用隔热硅基气凝胶复合材料采用包括下述物质的原料制成：正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷和增强相纤维材料，其中，所述增强相纤维材料占正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷总质量的2‑3.5％。本发明将第二相增强材料以掺杂和互穿网络的形式进行组合，充分发挥复合改性的优势，开发了兼具质轻、高强、低导热和耐温变等多种优异性能的硅基气凝胶复合材料；另外，采用常压干燥工艺，可进一步降低生产成本，是实现大规模工业化生产的理想技术，也是硅基气凝胶今后的主要发展方向。

技术领域

本发明属于化学及材料技术领域，具体涉及一种包装用隔热硅基气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶材料因其具有典型的连续三维网络纳米孔道结构，具有比表面积高、孔隙率高、密度低、热导率低等特性,在隔热、阻燃、吸附、催化、电学、光学等领域中展现出广阔的应用前景。气凝胶材料主要分为无机气凝胶(氧化物、碳化物、氮化物)、有机气凝胶(纤维、树脂)、碳质气凝胶(碳管、石墨烯、炭化塑料)以及复合气凝胶(梯度、微/纳)四大类，其中二氧化硅气凝胶具有超轻、超低热导率、较高耐温性以及制备简单、可设计性强等优异特性，是隔热性能优异的超级隔热材料。

特别地，包装作为电子产品在流通及存储过程中的保护和存储介质，其首要作用是保护电子产品在运输及存储过程中免受损害。近年来随着电子产品全球化流通的发展，尤其高附加值、高技术集成的数码产品，对包装的要求越来越高。因此具有诸多优异性能的硅基气凝胶材料可以提供有效保护：其超强隔热性可以有效防止数码产品在运输和存储过程中内部电子元器件和锂电池因环境温度的剧烈变化受到损害；其阻燃性可以有效防止电子产品存储和运输过程中锂电池的意外燃烧或爆炸引起火灾。另外，相比于传统包装材料也更绿色环保。

然而，由于纯二氧化硅气凝胶密度低、孔隙率高，导致其强度较低、脆性较大，在实际应用中难以作为块体隔热材料使用。此外，纯二氧化硅气凝胶表面含有大量的亲水性基团，在吸湿之后易造成网络结构的膨胀与破裂，难以作为绝热材料单独使用。研究人员为此也做了一系列工作，主要通过对二氧化硅凝胶进行复合改性来改善其力学性能，并保持其高效隔热性能。将强韧的第二相材料，如纤维、颗粒和晶须等引入到二氧化硅气凝胶的三维网络中，不仅可增强二氧化硅气凝胶的网络骨架，提高结构稳定性。还可优化孔径分布，降低辐射热传导，提高隔热耐温性。单纯的掺杂型、涂层型和互穿网络型硅基气凝胶复合材料均存在一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题：现有技术中缺乏一种可同时提高二氧化硅气凝胶力学性能，并保持其高效隔热性能的包装用隔热硅基气凝胶复合材料及其制备方法。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种包装用隔热硅基气凝胶复合材料，既保留了二氧化硅气凝胶的轻质结构和孔道特性，又对其进行了氨基功能改性，同时解决了硅基气凝胶由于密度低、孔隙率高而导致的力学性能差、脆性较大等性能缺陷。

本发明的目的之二是提供上述包装用隔热硅基气凝胶复合材料的制备方法，本发明的目的之三是提供上述包装用隔热硅基气凝胶复合材料在电子品包装中的应用。

本发明的技术方案：

本发明提供一种包装用隔热硅基气凝胶复合材料，其采用包括下述物质的原料制成：正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷和增强相纤维材料，其中，所述增强相纤维材料占正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷总质量的2～3.5％。

优选的是，所述增强相纤维材料占正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷总质量的2.5～3.5％。

优选的是，所述正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷的质量比为2～4：1。

优选的是，所述增强相纤维材料为细菌纤维素或微晶纤维素。