[发明专利]一种二氧化硅/二氧化钛红外隔热复合纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅/二氧化钛红外隔热复合纤维的制备方法，属于二氧化硅隔热纤维技术领域。以正硅酸乙酯为硅源，利用草酸作为催化剂进行水解，加入模板剂配制可纺的二氧化硅电纺前驱体溶液；以钛酸丁酯为钛源，利用乙酰丙酮作为钛酸丁酯水解抑制剂，将钛源及其水解抑制剂加入到二氧化硅电纺前驱体中，配制复合前驱体电纺液；利用静电纺丝设备进行纺丝，而后经烘干、煅烧处理获得二氧化硅/二氧化钛红外隔热复合纤维，为微米级结构，具有红外透过率低、高温稳定性好、柔韧性能优良等特点，且本发明制备工艺简单，原位掺杂赋予了遮光剂更好的分散效果，优化了纤维的力学性能，整个流程操作简单，具有大规模工业化生产的潜力。

技术领域

本发明涉及二氧化硅隔热纤维技术领域，特别是涉及一种二氧化硅/二氧化钛红外隔热复合纤维的制备方法。

背景技术

非晶态SiO₂拥有短程有序、长程无序的三维网络结构，这赋予它极低的本征热导率，使其在隔热领域有着广阔的发展前景。然而SiO₂材料固有的脆性和较低的机械强度在一定程度上限制了它的进一步应用。与块状材料相比，一维纳米材料具有室温超塑性和极高的杨氏模量，能够赋予材料很好的柔韧性。同时，纳米材料急剧增加的比表面积，极大地增强了声子传播过程中的散射作用，使材料热导率明显减小。因此，制备新型SiO₂纳米纤维用于隔热，是解决传统SiO₂应用缺陷的有效手段。根据斯忒藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)和普朗克定律(Planck's law)，在高温条件下，近红外辐射是物体间最主要的传热方式，但是，纯SiO₂对于1～8μm的近红外辐射几乎是完全透过的。因此，提高SiO₂纳米纤维膜的抗红外辐射能力，是目前拓展其应用前景的关键环节。

公布号为CN106431186A的中国发明专利公开了一种纤维负载金红石型TiO₂复合SiO₂气凝胶的制备方法，该发明是通过浸渍-提拉法在羟基化的纤维表面负载TiO₂溶胶，并经过高温处理获得金红石结构，具有操作简单、成本低廉、应用前景广泛等特点，且该发明不仅改善了TiO₂分散不均匀的问题，还提高了气凝胶的力学性能和保温隔热性能，但是，TiO₂颗粒与SiO₂的结合仅发生在宏观尺度，取决于两者的界面相容性，不利于材料高温稳定性的发挥。

公布号为CN113957567A的中国发明专利公开了一种TiO₂-SiO₂前驱体溶胶纺丝液及钛硅复合氧化物纳米纤维的制备方法，该发明以钛醇盐为原料，通过溶胶-凝胶法合成具有高度可纺性的钛的前驱体溶胶纺丝液，然后向纺丝液中加入一定量的硅醇盐，即可得到稳定的TiO₂-SiO₂前驱体溶胶纺丝液，通过静电纺丝及热处理，可获得综合性能良好的钛硅复合氧化物纳米纤维。该发明具有产物柔韧性能好、生产成本低等特点，制备的复合纤维克服了颗粒状TiO₂在纤维中的分散问题。但是在制备过程中存在钛醇盐与水的低碳醇溶液减压浓缩的过程，实验流程仍相对复杂，提高了工业化生产成本。

公布号为CN106883852A的中国发明专利公开了一种基于二氧化钛/二氧化硅的柔性电致发光纳米纤维，该发明以钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯、Er硝酸盐为主要原料，制备前驱体溶液，将静电纺丝得到的前驱体纤维烘干、煅烧后得到了稀土铒掺杂的二氧化钛/二氧化硅复合纳米纤维，具有电致发光性能，同时具备柔韧性好、激发电压低、光电转化效率高等优点，但是在工艺上以易挥发的硝酸为催化剂及钛酸四丁酯水解抑制剂，环境友好型差，且强酸性环境下纺丝窗口较短，不利于工业化条件下提高纺丝效率。同样的，在水污染治理领域，公布号为CN107626287A的中国专利公布了一种氨基化的纳米二氧化钛/二氧化硅复合纤维膜的电纺制备方法，以醋酸为钛酸四丁酯水解抑制剂的条件下同样会加剧纺丝过程正硅酸乙酯的水解，缩短前驱液的纺丝窗口。

发明内容