[发明专利]一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料及制备方法

说明书

一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，其制作组分包括：弱酸10～25份，弱碱5～10份、有机硅烷Si(OR)₄55～75份、三嵌段共聚物10～20份，具有较高的可见光透过性、强度及极低的热传导系数。使用本发明的硅气凝胶材料制作厚度为10mm的可视窗样品，经试验测定，可见光透过率可达90％以上，微孔直径为15～35nm之间，二氧化硅颗粒直径为10～23nm，抗折强度为0.1～0.15N/mm²，杨氏模量大于1.5MPa，热传导系数小于0.02W/m·K，远小于玻璃的热传导系数1.1W/m·K，适用于制作超绝热可视窗，能够大大降低热损失，节约环境能源。

技术领域

本发明属于硅气凝胶材料的制备技术领域，具体是涉及一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料及制备方法。

背景技术

硅气凝胶材料的基质由不到10％的SiO₂骨架和高于90％的空穴构成，具有较低的导热率、较小的密度和较高的强度等优异性能，成为现在研究的热点。硅气凝胶材料的热传导系数0.0129W/m·K比空气的热传导系数0.024W/m·K还小，不到实心玻璃热传导系数的1％，作为绝热材料广泛应用于航空航天、冶金、冷冻、冷藏等高低温设备上。

用于制作太阳能热收集器、太阳能浴池、冰箱、冷藏箱和冷热自动售货机等高温或低温设备中可视窗的材料，不仅需要具有良好的绝热性能，还要具有较高的可见光透过性。但是现有技术中的硅气凝胶材料受限于选材及制备方法，可见光透过性较差，不适用于制作可视窗，大大制约了其应用范围，需要本领域技术人员对硅气凝胶材料的选材及制备方法进行改进。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料及制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，所述硅气凝胶材料的制作组分包括：弱酸10～25份、弱碱5～10份、有机硅烷Si(OR)₄ 55～75份、三嵌段共聚物10～20份，其中所述弱酸选用甲酸或醋酸；所述弱碱选用氨水；所述有机硅烷Si(OR)₄中R为含碳数为1～6的烷基；所述三嵌段共聚物选用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯EPE型固体片状三嵌段共聚物，其中聚氧丙烯的分子量在2250～2750之间。

作为优选，所述有机硅烷Si(OR)₄选用烷氧基硅烷；所述三嵌段共聚物选用F98、F88、F87中的一种或几种。

一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将弱酸配制成浓度为0.005～0.015mol/L的弱酸水溶液，将弱碱配置成浓度为0.5～1.5mol/L的弱碱水溶液；

步骤(2)，将三嵌段共聚物加入到步骤(1)配制的弱酸水溶液中，并搅拌15～25分钟；

步骤(3)，将有机硅烷加入到步骤(2)的溶液中，并搅拌8～12小时，促进有机硅烷的溶解；

步骤(4)，将步骤(1)配制的弱碱水溶液加入到步骤(3)的溶液中，并搅拌15～25分钟；

步骤(5)，将步骤(4)搅拌均匀的溶液放入到密封容器中，在室温下静置20～28小时，形成湿凝胶；

步骤(6)，将步骤(5)得到的湿凝胶浸入在40～80℃的热水中，并静置1～5天；

步骤(7)，取出步骤(6)得到的湿凝胶，并浸没在乙醇中，在室温下静置10～25小时；

步骤(8)，将步骤(7)中的湿凝胶连同乙醇一并放入高压反应釜中在40～70℃、10～14MPa的条件下进行超临界二氧化碳干燥，即可制得适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料。