[发明专利]一种纳米氧化硅隔热保温材料及其常温干燥湿法工艺制备方法

说明书

技术领域

本发明属于隔热、保温材料技术领域，特别是涉及一种用常温干燥湿法工艺制备的纳米氧化硅隔热保温材料。

背景技术

目前，用于隔热、保温技术领域的耐高温隔热材料主要是用陶瓷纤维、晶须、陶瓷空心微珠或空心球为主要原料制备的孔径集中在几微米到几毫米的微孔陶瓷材料（张丽杰，多孔SiO₂基块材的制备与表征，北京航空航天大学硕士论文，2010，11-14）。这些材料的常温导热系数通常都大于0.04W/m·K，隔热性能远不能满足一些需要高效隔热的应用领域，如航空、航天、船舶等行业的需求。

为了降低材料的导热系数，提高材料的隔热性能，需要在保证材料有足够孔隙率的基础上进一步减小材料的孔径尺寸。

氧化硅气凝胶材料由于具有纳米孔结构，常温导热系数很小，被称为超级隔热材料（高庆福，张长瑞等，氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展，材料科学与工程学报，2009,27（2）：302-306）。但是，氧化硅气凝胶材料需要采用溶胶-凝胶、超临界干燥工艺制备，生产周期长、成本高，影响了它的广泛应用。因此需要开发工艺简单、生产周期短、成本低的氧化硅基超级隔热材料。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种纳米氧化硅隔热保温材料。

本发明提供的纳米氧化硅隔热保温材料，其主要原料配方包括以下重量份数比的组分：纳米氧化硅粉体100份，陶瓷粉体遮光剂5-40份、增强纤维或晶须5-20份。

所述纳米氧化硅粉体作为本发明的基体，可以采用气相法或液相法制备，优选采用气相法制备的纳米氧化硅粉体，粉体需要进行憎水处理，憎水处理后比表面积不小于200m²/g，一次颗粒平均粒径小于50nm。憎水处理是指：用高活性的一甲基三氯硅烷和六甲基二硅烷混合物或八甲基环四硅氧烷液体雾化后与粉体同时喷射到流化床中，进行憎水处理。

本发明遮光剂选自氧化钛、氧化锆、锆英石、碳化硅、石墨和炭黑等粉体中的一种或多种，粉体平均粒径（D50）为0.1-10μm，陶瓷粉体遮光剂的添加量为纳米氧化硅粉体重量的5-40％（质量百分比浓度）。所述陶瓷粉体遮光剂可以屏蔽高温下的辐射传热，提高高温隔热性能。

所述增强纤维或晶须直径不大于2μm，平均长度不小于100μm，加入量为纳米氧化硅粉体重量的5-20％（质量/质量(W/W)百分比浓度）。

所述增强纤维或晶须包括有机及无机纤维和晶须，有机纤维如聚丙烯晴纤维（PAN）、聚丙烯纤维（PP）、聚酯纤维（PET）、芳纶、涤纶等，无机纤维如氧化铝纤维、石英纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维等，晶须如硬硅钙石晶须、氧化锆晶须、碳化硅晶须、六钛酸钾晶须等。增强纤维或晶须可以增强材料的力学性能，优选为硬硅钙石晶须，是因为硬硅钙石晶须长径比大，且在一定条件下能够形成球形团聚体，对隔热非常有利。

本发明的第二个目的是提供一种用常温干燥湿法工艺制备纳米氧化硅隔热保温材料的方法。

本发明提供的用常温干燥湿法工艺制备纳米氧化硅隔热保温材料的方法，可包括以下步骤：

1）按配方将经过憎水处理后的纳米氧化硅粉体、陶瓷粉体遮光剂、增强纤维或晶须加入盛有含粘结剂的水溶液（即粘结剂水溶液）的容器中，加入发泡剂，快速搅拌，使所有物料成为均匀的泡沫状混合物；

2）将泡沫状混合物倒入抽滤浓缩装置中，启动真空泵进行抽滤浓缩，泡沫状混合物中部分水分被排出，控制浓缩泡沫料浆中固相含量为8-20％（质量/质量(W/W)百分比浓度）；

3）将浓缩泡沫料浆倒入压滤成型装置中，压滤成型得到纳米氧化硅预制体，再将成型的纳米氧化硅预制体常压干燥，得到纳米氧化硅隔热保温材料。

步骤1）中含粘结剂的水溶液的质量为固相质量（指纳米氧化硅粉体、陶瓷粉体遮光剂、增强纤维或晶须的总质量）的4-30倍（优选4-21倍），粘结剂在水溶液中的浓度为0.1-20％（质量百分比浓度）；粘结剂可以选自有机粘结剂如聚乙烯醇、甲基纤维素等，也可以选自无机粘结剂如水玻璃、硅溶胶等。

步骤1）中发泡剂的添加量为含粘结剂的水溶液的重量的0.1-10％（质量百分比浓度）；发泡剂包括但不限于阴离子表面活性剂，如十六烷基苯磺酸钠、松香皂等。

步骤1）中所述憎水处理是指，用高活性的一甲基三氯硅烷和六甲基二硅烷混合物或八甲基环四硅氧烷溶液雾化后喷射至流化床中的粉体表面进行憎水处理。憎水处理的目的是防止纳米氧化硅在空气中吸水变质。