[发明专利]一种一元或多元气凝胶隔热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气凝胶隔热材料及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种一元或多元复合气凝胶隔热材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶复合隔热材料是一种新型隔热材料，其隔热效果可达常规隔热材料的7倍以上，因此被称为超级隔热材料。气凝胶复合隔热材料广泛应用于军用、民用和航天等各个领域，典型的应用实例包括：航天飞机外表面隔热瓦；勇气号火星探测车隔热毡；星尘号空间探测器捕捉器；F-22飞机发动机热屏蔽结构；墨西哥湾海底石油管道等。作为一种高效隔热材料，气凝胶复合隔热材料广泛应用在热力管道、化工、冶金、工业窑炉、造船等民用领域可以大幅节约能源，该项技术的发展对于提升产业层次，建设绿色经济具有重要意义。

就目前发展状况来说，国内外生产气凝胶复合隔热材料成型工艺多数停留在实验室研发阶段，对于工业化生产的成熟工艺很少，且生产出的气凝胶材料在不同温度环境使用的隔热效果、力学性能、均不能满足实际应用的需求，且整个生产成本也过高。生产出的产品在不同领域应用中都存在一些应用性能缺陷，如能耐高温但隔热效果、疏水效果或防火性能差；使用部位比特殊形状，隔热层不贴和使得隔热效果大大降低。同时，大部分的工艺，所使用的设备要求高或者工艺要求高或者性能兼容性不足，使得产量少或者生产成本相当昂贵，这都限制了其连续化生产的能力，也限制了其在广阔的民用领域的推广使用，特别是高低温应用领域的环境应用。如氧化铝气凝胶生成工艺中，溶胶配制环节使用的有机或无机铝盐作为先躯体，配制过程均要在高温室温条件下通过特殊装置来实现，如中国专利CN200710034510.0中需要通过回流装置升温至60-80℃的条件下完成后再冷却至室温，且老化时间也长，这使得连续生产工艺要求高，能耗高，成本也高，若使用有机铝盐，原材料成本也相当高，这都限制了氧化铝气凝胶的工业化生产。国内外一些研究机构和生产气凝胶材料的企业，研究的气凝胶隔热材料，大多数的使用温度不够广，不同环境对应的性能不够贴切，特别是不能满足高温领域的应用，如800℃以上就出现使用缺陷，成本低廉的工业化生产工艺也受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种完整、连续、成本较为低廉的新的气凝胶隔热材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制溶胶：

以摩尔比计，将正硅酸乙酯∶水∶95％乙醇＝1∶3～5∶3～28搅拌混合，加入酸性催化剂至pH为5.5～6，再加入碱性催化剂至pH为6.5～7，继续搅拌，即得氧化硅溶胶；所述酸性催化剂为氢氟酸、硝酸或冰醋酸；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；或

以摩尔比计，将无机铝盐∶水∶95％乙醇＝1∶0.5～8∶4～27搅拌混合，加入与无机铝盐的摩尔比为0.2～5∶1的环氧丙烷，再加入0.01-2mol碱性催化剂搅拌，即得氧化铝溶胶；所述无机铝盐为硝酸铝、氯化铝或偏铝酸钠；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；氧化铝溶胶的配制环境是在室温下进行，无需升温加热，无需特殊装置，利用其自身的水解缩聚放热反应即可实现；

(2)溶胶固化成凝胶；

(3)老化：将凝胶置于40～50℃中预老化0.5～1h，再常温放置，总老化时间小于24小时；

(4)干燥：使用超临界流体干燥，得所述气凝胶隔热材料。

本发明还可以采取以下技术方案：

一种气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制溶胶：

以摩尔比计，将正硅酸乙酯∶水∶95％乙醇＝1∶3～5∶3～28搅拌混合，加入酸性催化剂至pH为5.5-6，再加入碱性催化剂至pH为6.5-7，继续搅拌，即得氧化硅溶胶；所述酸性催化剂为氢氟酸、硝酸或冰醋酸；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；或

以摩尔比计，将无机铝盐∶水∶95％乙醇＝1∶0.5～8∶4～27搅拌混合，加入与无机铝盐的摩尔比为0.2-5∶1的环氧丙烷，继续搅拌，再加入0.01-2mol碱性催化剂搅拌，即得氧化铝溶胶；所述无机铝盐为硝酸铝、氯化铝或偏铝酸钠；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；氧化铝溶胶的配制环境是在室温下进行，无需升温加热，无需特殊装置，利用其自身的水解缩聚放热反应即可实现；