[发明专利]一种双层中空二氧化硅纳米绝热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层中空二氧化硅纳米绝热材料的制备方法；该双层中空二氧化硅纳米绝热材料的内、外两层粒径大小和壳层厚度及数量均可控。通过控制聚乙烯吡咯烷酮掺量制备不同粒径的单分散的聚苯乙烯，以其为模板，以正硅酸乙酯为硅源，经两次水解缩合和交联反应后，再经高温锻烧得到所述的双层中空二氧化硅纳米绝热材料。本制备方法简单可控，绿色环保，所制备的绝热材料具有更高比表面积，增加热量传输的途径，并增加了气固相界面，利于热量在界面处的损耗，提高了材料的保温绝热性能。掺入建筑涂层中极大降低其导热性能，约降低80％左右，对建筑行业的节能减排、可持续发展和资源综合利用具有重大的经济、社会和环境意义。

技术领域

本发明涉及保温材料领域，尤其涉及一种双层中空二氧化硅纳米绝热材料及其制备方法。

背景技术

随着城市化快速发展，能源消耗在不断增大，其中建筑行业的能源消耗大，CO₂排放多。为了提高建筑行业能源利用效率，降低CO₂排放，实现墙体、管道等建筑的保温绝热是最有效的节能措施。因此开发出可应用于建筑材料的低热导率新型保温绝热材料具有重大的工程应用价值。

目前研究发现纳米孔结构材料是一种优异的保温绝热材料，根据Knudsen效应，当纳米孔径接近气体平均自由程时，会限制气体分子热运动，降低分子之间的碰撞概率，进而降低材料热导率。目前主要通过模板法合成单层中空二氧化硅纳米绝热材料，其具有密度低，耐高温等优势，理论上可以极大改善材料的保温绝热性能，但从现有文献调研发现，中空二氧化硅纳米复合材料的绝热性能并没有很好地改善，热导率在70mW·m^-1·k^-1左右。因此，本发明通过对中空纳米球的结构进行设计，制备双层中空二氧化硅纳米绝热材料，该结构扩大了材料比表面积，增加了热量传输的途径，同时也增加了气固相界面，有利于热量在界面处的损耗。此外，双层结构有利于形成更薄的壳结构，进一步降低材料热导率，因此设计双层中空二氧化硅结构可以对材料绝热性能有很大改善。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种双层中空二氧化硅纳米绝热材料及其制备方法。

本发明所制备的双层中空二氧化硅纳米绝热材料具有更高比表面积，增加热量传输的途径，同时也增加了气固相界面，有利于热量在界面处的损耗，提高了材料的保温绝热性能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双层中空二氧化硅纳米绝热材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮的100～200g水溶液通入氮气脱氧30～60min，将混合物缓慢加热至60～90℃，然后缓慢滴加0.1％～0.5％过硫酸钾，继续搅拌反应12～36h，得到聚苯乙烯乳液Ⅰ；

所述水溶液中苯乙烯质量百分比浓度为5％～20％；

所述水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比浓度为0～2％；

步骤二：将5～20g步骤一中制备的乳液Ⅰ和1～10ml氨水加入100～200ml乙醇溶液中，20～60℃下搅拌15～60min，然后缓慢滴加正硅酸乙酯溶液到混合溶液中；将混合物在20～40℃下搅拌8～16h，然后加入硅烷偶联剂，升温至50～90℃通入N₂反应12～24h，然后离心洗涤将获得的球体从反应介质中分离，用乙醇洗涤数次，60～100℃干燥得到单层二氧化硅纳米球Ⅱ；

所述氨水与正硅酸乙酯溶液体积比为1:1～1:20；

所述硅烷偶联剂质量百分比浓度为1％～10％；