[发明专利]一种气凝胶—空心球复合隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种气凝胶—空心球复合隔热材料及其制备方法，按照下述步骤进行：步骤1，氧化硅溶胶的制备；步骤2，空心球与氧化硅溶胶的复合；步骤3，空心球—氧化硅复合湿凝胶的制备；步骤4，空心球—氧化硅复合湿凝胶的老化处理；步骤5，空心球—氧化硅复合湿凝胶的改性；步骤6，常温常压干燥。本发明以六甲基二硅氮烷改性处理的气凝胶组装到无机陶瓷或玻璃空心球中，复合体制备低密度、低导热、全无机、高温稳定性好的隔热复合材料。

技术领域

本发明属于无机材料制备和节能技术领域，具体涉及制备一种空心球内组装气凝胶复合结构的隔热节能材料的方法。

背景技术

建筑隔热材料以其优异的隔热性能和有效节约能耗被广泛运用到建筑领域，特别是作为涂料用的隔热材料以其使用方便、占用空间小以及隔热性能高倍受关注。根据隔热机理的不同，隔热涂料可分为三类：隔热型涂料、反射型涂料、辐射型涂料。目前隔热型与反射型涂料最为常见，两者结合，隔热效果更佳。隔热型涂料一般采用低导热率的组合物或在涂膜中引人热导率极低的空气，以获得良好的隔热效果，常见的无机隔热材料填料包括：陶瓷或玻璃微珠、陶瓷纤维，海泡石，膨胀珍珠岩等。尤其是当陶瓷粉体制备成空心微球的时候，导热系数会急剧降低，同时折光率会大幅提高，进而有助于获得具有优良的隔热材料。例如，有人采用莫来石中空微球为隔热填料添加剂，配合水玻璃和环氧树脂等无机或有机基料制造低温隔热涂料，当涂层厚度为约为1mm时，导热系数为0.06W/m·K左右，随着厚度的增加，隔热更明显。所以针对目前常见的隔热填料，包括玻璃微珠，SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、ZnO等陶瓷微球。

气凝胶是由纳米级别的凝胶粒子构成具有三维连续的纳米多孔网络结构的低密度固体材料，具有高比表面积、高吸附性、低密度、低热导率、低折射率等优点，在催化、环保、隔热、光学等诸多领域具有广泛的应用前景。公开号CN103570327A的专利中将二氧化硅气凝胶、可发泡聚合物、玻璃微珠、阻燃剂、硅灰超细微粉、纳米层状黏土和多种纤维混合制备了一种用于建筑等行业用的复合材料，具有隔热保温与防火多种功效。该发明得到的隔热保温材料工艺简洁，轻质、适用范围广、防火等级，但隔热效果有等进一步提高，同时高含量的有机物产生烟雾问题也有待改善。

从目前新型隔热材料发展趋势上看，具有多壁结构的中空陶瓷微球，隔热与反射两种隔热机理同时起作用，其作为隔热填料，并控制其涂料组分，有望获得更好的隔热效果。本发明以水玻璃为原料，采用预水解方法制备氧化硅溶胶，通过真空浸渍工艺将氧化硅溶胶与陶瓷或玻璃空心球复合，再经过常温常压干燥制备耐高温气凝胶/空心球复合隔热材料，将空心微球与气凝胶两类材料有机结构，将隔热效果最大化发挥，有望在建筑涂料、工业与民用超保温领域起重要作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，要解决的技术问题是以六甲基二硅氮烷改性处理的气凝胶组装到无机陶瓷或玻璃空心球中，复合体制备低密度、低导热、全无机、高温稳定性好的隔热复合材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种气凝胶—空心球复合隔热材料及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，氧化硅溶胶的制备

于室温～40℃的温度，将水玻璃加水稀释，配制出氧化硅质量百分数为2％-5％的氧化硅溶胶(即分散氧化硅的水溶液)，并充分搅拌使溶胶充分水解，得到均匀硅溶胶(即氧化硅溶胶)；

其中室温为20—25摄氏度，水玻璃选择工业级水玻璃，水为去离子水；

步骤2，空心球与氧化硅溶胶的复合

选取具有微孔隙或微开口的空心球，如陶瓷或玻璃空心球，洗净烘干后，在抽100—1000Pa真空条件下，浸渍于步骤1制备的均匀硅溶胶中，保持硅溶胶浸没全部空心球并保持真空度，以使空心球与氧化硅溶胶的复合；