本技術(shù)涉及隔熱材料制備，尤其是涉及改性二氧化硅氣凝膠粉及制備方法、氣凝膠漿料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、二氧化硅氣凝膠是一種輕質(zhì)納米非晶固態(tài)材料，作為一種新興的超級隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，遠(yuǎn)低于常溫下靜態(tài)空氣0.25w/m·k的導(dǎo)熱系數(shù)，具有其他材料無法比擬的隔熱保溫效果，且密度低、防水阻燃、綠色環(huán)保、防腐蝕、不易老化、使用壽命長，被稱為超級保溫隔熱材料。

2、漿料成型法是一種將二氧化硅氣凝膠與纖維材料進(jìn)行復(fù)合的新解決方案，是通過混合預(yù)制的納米粉末和溶劑，制備漿料，并將漿料注入預(yù)制纖維織物，然后從織物中去除溶劑，形成纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料。受益于漿料成型法的低成本，以及漿料與纖維間良好的相容性優(yōu)勢，可使?jié){料與各種纖維氈(如玻璃纖維氈、石英纖維氈、氧化鋁纖維氈和莫來石纖維氈等)進(jìn)行復(fù)合而制備出兼具柔性和優(yōu)異力學(xué)性能的氣凝膠復(fù)合隔熱氈。

3、現(xiàn)有漿料成型法制備的復(fù)合隔熱氈還存在著材料熱導(dǎo)率較高、機(jī)械強(qiáng)度不高、以及不耐高溫等問題。因此，實(shí)現(xiàn)氧化硅氣凝膠復(fù)合隔熱氈的快速、低成本制備，并使材料具備柔性、良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的隔熱性能和耐高溫性能具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，開發(fā)一種憎水效果更好的和接觸角更大的改性二氧化硅氣凝膠粉，同時(shí)開發(fā)一種導(dǎo)熱系數(shù)更低的氣凝膠漿料，與纖維氈結(jié)合后制得的氣凝膠隔熱氈能夠滿足導(dǎo)熱系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高、能夠較好地解決掉粉問題的要求，本技術(shù)提供了改性二氧化硅氣凝膠粉及制備方法、氣凝膠漿料及制備方法和應(yīng)用。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種改性二氧化硅氣凝膠粉的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸五氟苯酯、有機(jī)溶劑和埃洛石納米管加入到反應(yīng)容器中，加入引發(fā)劑，控制反應(yīng)溫度為70-80℃，邊攪拌邊反應(yīng)反應(yīng)4-8h，冷卻，過濾取濾渣，洗滌，烘干，制得共聚物改性埃洛石納米管，備用；

4、s2、將硅源、去離子水、無水乙醇、正己烷，在室溫下攪拌，制備硅源前驅(qū)體溶液；

5、s3、在所述步驟s2中制得的硅源前驅(qū)體溶液中加入酸催化劑，調(diào)節(jié)溶液的ph為2-3，邊水浴加熱邊進(jìn)行水解反應(yīng)，制得硅溶膠；

6、s4、在所述步驟s3中制得的硅溶膠加入堿性催化劑，調(diào)節(jié)溶液的ph為6-7，加入所述步驟s1中制得的共聚物改性埃洛石納米管，攪拌，超聲，加入二苯基甲烷二異氰酸酯和有機(jī)錫催化劑，在50-60℃下反應(yīng)8-15h，靜置，制得濕凝膠；

7、s5、將所述步驟s4中制得的濕凝膠進(jìn)行老化，老化時(shí)間控制為10-15h，加入疏水改性劑進(jìn)行疏水改性，干燥，球磨，制得改性二氧化硅氣凝膠粉。

8、可選的，所述步驟s1中，甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸五氟苯酯、引發(fā)劑和埃洛石納米管的用量的重量比為5-10：2-3：0.2-0.5：50-80。

9、可選的，所述步驟s1中，埃洛石納米管為偶聯(lián)改性埃洛石納米管，所述偶聯(lián)改性埃洛石納米管的制備過程包括以下步驟：將埃洛石納米管與尿素溶液混合，超聲，靜置，之后加入硫酸，靜置，過濾，烘干，制得預(yù)處理的埃洛石納米管；將硅烷偶聯(lián)劑、水和預(yù)處理的埃洛石納米管加入到反應(yīng)容器中，調(diào)節(jié)ph為9-10，在60-80℃下反應(yīng)2-3h，調(diào)節(jié)ph至中性，冷卻，過濾、洗滌濾渣，烘干，制得偶聯(lián)改性埃洛石納米管。

10、可選的，所述步驟s1中，所述預(yù)處理的埃洛石納米管的制備過程包括以下步驟：將重量比為(1:8-10)的埃洛石納米管與20wt％尿素溶液混合，超聲，靜置，之后加入5wt％硫酸溶液，靜置，過濾，烘干，制得預(yù)處理的埃洛石納米管；其中，硫酸溶液與埃洛石納米管的重量比為5:1。

11、可選的，所述步驟s1中，所述偶聯(lián)改性埃洛石納米管的制備過程包括以下步驟：將硅烷偶聯(lián)劑、水和預(yù)處理的埃洛石納米管加入到反應(yīng)容器中，調(diào)節(jié)ph為9-10，在60-80℃下反應(yīng)2-3h，調(diào)節(jié)ph至中性，冷卻，過濾、洗滌濾渣，烘干，制得偶聯(lián)改性埃洛石納米管；其中，硅烷偶聯(lián)劑、水和預(yù)處理的埃洛石納米管的重量比為1-1.5：100：9-14。

12、通過采用上述技術(shù)方案，尿素作為一種極性溶劑，能夠幫助打開埃洛石納米管的管腔，一方面能夠增強(qiáng)埃洛石納米管的隔熱能力，另一方面能增加其內(nèi)表面積，同時(shí)可能通過尿素分子的插入改變埃洛石納米管的表面性質(zhì)，提高其分散性和反應(yīng)性；將埃洛石納米管經(jīng)過酸處理后，雖然會首先導(dǎo)致一些羥基的脫除，但會促進(jìn)埃洛石納米管表面的再羥基化，從而在埃洛石納米管表面生成更多羥基，為后續(xù)的功能化提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)。

13、可選的，所述步驟s2中，硅源、去離子水、無水乙醇、正己烷的用量的重量比為1：(5-10)：(3-6)：(1-2)。

14、可選的，所述步驟s2中，硅源選自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸鈉、正硅酸異丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一種或多種。

15、可選的，所述步驟s3中，酸催化劑為草酸溶液、鹽酸溶液、磷酸溶液和檸檬酸溶液中的一種，濃度為0.3-0.5wt％。

16、可選的，所述步驟s4中，堿催化劑為氨水溶液、碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液中的一種，濃度為0.2-0.4wt％。

17、可選的，所述步驟s4中，硅溶膠、共聚物改性埃洛石納米管、二苯基甲烷二異氰酸酯和有機(jī)錫催化劑的重量比為(20-30):(1-3)：(0.5-1)：0.05。

18、可選的，所述步驟s6中，疏水改性劑為三甲基氯硅烷。

19、可選的，所述步驟s6中，疏水改性劑為重量比為7-12:1的正己烷和三甲基氯硅烷的混合液體。

20、通過采用上述技術(shù)方案，將三甲基氯硅烷與正己烷混合后用于疏水改性，可以防止?jié)衲z在疏水處理過程中反應(yīng)過于劇烈而導(dǎo)致凝膠開裂，從而確保制得的氣凝膠的表面性能。

21、可選的，所述步驟s5中，干燥過程采用冷凍真空干燥，溫度為(-60)-(-30)℃，真空度為50-100pa，干燥時(shí)間為10-30h。

22、通過采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)通過丙烯酸單體的共聚反應(yīng)，使埃洛石納米管表面接枝有甲基丙烯酸十二烷基酯和甲基丙烯酸五氟苯酯的共聚物，從而使埃洛石納米管表面接有五氟苯酯基團(tuán)和十二烷基酯基團(tuán)，含有氟元素和苯環(huán)，兩種基團(tuán)均具有較強(qiáng)的疏水性和穩(wěn)定性，而十二烷基酯基團(tuán)中的長鏈烷基結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)分子間的疏水相互作用，從而降低導(dǎo)熱能力；因此，使用甲基丙烯酸十二烷基酯和甲基丙烯酸五氟苯酯復(fù)配并進(jìn)行共聚反應(yīng)對埃洛石納米管進(jìn)行改性，能夠使其表面接枝有相應(yīng)功能的基團(tuán)，制得共聚物改性埃洛石納米管。

23、通過采用上述技術(shù)方案，將共聚物改性埃洛石納米管加入到水解后的硅溶膠內(nèi)，在堿催化過程中共聚物改性埃洛石納米管與二氧化硅凝膠可以通過si-o-si鍵合相連，同時(shí)，二氧化硅凝膠表面的羥基、改性埃洛石納米管表面的羥基與在二苯基甲烷二異氰酸酯的異氰酸根交聯(lián)固化生形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，一方面能夠促進(jìn)共聚物改性埃洛石納米管均勻分布在二氧化硅氣凝膠中，另一方面能夠使形成的復(fù)合氣凝膠的力學(xué)性能、耐候性和疏水性進(jìn)一步提高。此外，二苯基甲烷二異氰酸酯在交聯(lián)固化過程中，水作為發(fā)泡劑使生成的復(fù)合氣凝膠具有高孔隙率和高比表面積，同時(shí)，二苯基甲烷二異氰酸酯作為一種含有多苯環(huán)的固化劑，在苯環(huán)的疏水作用下，制得的復(fù)合氣凝膠的疏水性較強(qiáng)，經(jīng)過疏水改性后的復(fù)合氣凝膠的疏水性進(jìn)一步提高，從而使最終制得的改性二氧化硅氣凝膠粉具有較好的憎水效果和較大的接觸角。

24、將埃洛石納米管引入二氧化硅氣凝膠基體材料中，埃洛石納米管具有較高的比表面積，在其表面移入疏水基團(tuán)可以大幅度提高材料的憎水效果，埃洛石納米管呈納米尺寸的管狀結(jié)構(gòu)，具有較大的長徑比，使制得的改性二氧化硅氣凝膠粉具有良好的力學(xué)性能和耐溫性。

25、第二方面，本技術(shù)提供了由上述改性二氧化硅氣凝膠粉的制備方法制得的改性二氧化硅氣凝膠粉。

26、第三方面，本技術(shù)提供了由上述改性二氧化硅氣凝膠粉制得的氣凝膠漿料，氣凝膠漿料包括以下重量份的原料：改性二氧化硅氣凝膠粉15-45份，輕質(zhì)微球35-60份，水性無機(jī)樹脂250-350份，，鈉基膨潤土5-10份，潤濕劑4-10份，分散劑4-8份，消泡劑2-3份，抗菌劑2-3份，水400-550份。

27、可選的，所述輕質(zhì)微球包括空心玻璃微球、空心二氧化硅微球、空心陶瓷微球、酚醛樹脂空心微球中的一種或多種；所述輕質(zhì)微球的粒徑為100-350um，所述輕質(zhì)微球的密度為0.1-0.4g/cm3。

28、通過采用上述技術(shù)方案，水性無機(jī)樹脂中的硅酸鹽具有較強(qiáng)的滲透性，可與輕質(zhì)微球中的鈣離子、空氣中的二氧化碳等發(fā)生石化反應(yīng)成膜，水性無機(jī)樹脂中的硅酸鹽還能與埃洛石納米管內(nèi)鋁氧層中的鋁離子發(fā)生石化反應(yīng)成膜，從而提高了氣凝膠漿料在纖維氈表面的成膜效果，干燥時(shí)能夠減少氣凝膠漿料的開裂和坍塌，從而減少掉粉掉渣現(xiàn)象的發(fā)生，使制得的氣凝膠隔熱氈具有較好的隔熱效果。

29、鈉基膨潤土可為氣凝膠漿料的施工提供合適的粘度，有利于氣凝膠漿料在纖維氈表面的鋪展和滲透；其次鈉基膨潤土對有機(jī)樹脂有較好的增稠作用，可以提升氣凝膠漿料的抗流掛性能，從而使氣凝膠漿料涂覆的均勻性更好，干燥后能夠減少氣凝膠漿料的開裂和坍塌，減少掉粉現(xiàn)象出現(xiàn)。

30、通過采用上述技術(shù)方案，氣凝膠漿料是一種水性漿料，將氣凝膠漿料涂覆在纖維氈表面形成一層水性膜對親水性的纖維氈表面具有較好的黏附性和流平性，使氣凝膠漿料的涂覆更加均勻穩(wěn)定且不易滴落流淌，之后的烘烤過程中300-500℃的高溫處理，使包覆層中的水分子迅速蒸除，一方面有利于維持包覆層整體結(jié)構(gòu)完整，使包覆層能夠?qū)⒗w維氈表面完全覆蓋從而進(jìn)一步提高隔熱能力，同時(shí)還能降低氣凝膠隔熱氈的掉粉率，另一方面包覆層表面的改性二氧化硅氣凝膠粉暴露出來，其表面攜帶的多種疏水基團(tuán)使最終制得的氣凝膠隔熱氈具有較好的憎水效果和較大的接觸角，從而使制得的氣凝膠隔熱氈呈現(xiàn)低熱導(dǎo)率，能夠有效阻隔傳熱。

31、第四方面，本技術(shù)提供了上述氣凝膠漿料的制備方法，包括以下步驟：

32、向反應(yīng)容器中加入水、分散劑、消泡劑和二分之一用量的潤濕劑，攪拌，調(diào)節(jié)ph為9-9.5，加入水性無機(jī)樹脂和改性二氧化硅氣凝膠粉，控制溫度為45-50℃，攪拌，加入輕質(zhì)微球和鈉基膨潤土，攪拌，加入抗菌劑和余量的潤濕劑，攪拌，制得氣凝膠漿料。

33、第五方面，本技術(shù)提供了上述氣凝膠漿料在制備氣凝膠隔熱氈的應(yīng)用。

34、可選的，所述氣凝膠隔熱氈的制備方法包括以下步驟：將氣凝膠漿料涂覆到纖維氈表面，靜置待纖維氈穩(wěn)定吸附氣凝膠漿料，干燥，制得氣凝膠隔熱氈。

35、可選的，所述纖維氈選自玻璃纖維氈、碳纖維氈、鎳?yán)w維氈、不銹鋼纖維氈、硅酸鋁纖維氈、陶瓷纖維氈、氧化鋁纖維氈、玄武巖纖維氈和聚丙烯腈纖維氈中的一種。

36、可選的，所述纖維氈的厚度為0.5-500mm。

37、可選的，所述氣凝膠隔熱氈的制備方法包括以下步驟：

38、(1)將氣凝膠漿料涂覆到纖維氈表面，靜置待纖維氈穩(wěn)定吸附氣凝膠漿料，干燥過程中，先于100-150℃下保溫處理1-2h，之后300-500℃下保溫處理1-2h，制得預(yù)處理氣凝膠隔熱氈；

39、(2)將所述步驟(1)制得的預(yù)處理氣凝膠隔熱氈豎起，使用噴槍由上而下噴涂疏水改性劑，在200℃下烘干，之后重復(fù)噴涂一次并再次烘干，制得氣凝膠隔熱氈。

40、可選的，所述疏水改性劑為三甲基氯硅烷。

41、可選的，氣凝膠漿料在纖維氈表面的吸附量為0.5-500kg/m2。

42、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

43、1.本技術(shù)中使用共聚物改性埃洛石納米管加入到水解后的硅溶膠制備復(fù)合氣凝膠，并在二苯基甲烷二異氰酸酯的交聯(lián)作用下獲得具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高孔隙率、高比表面積以及表面接枝有五氟苯酯基團(tuán)等疏水基團(tuán)的復(fù)合氣凝膠，在此基礎(chǔ)上制得的改性二氧化硅氣凝膠粉具有較強(qiáng)的憎水效果。本技術(shù)還以上述改性二氧化硅氣凝膠粉制備氣凝膠漿料并且將氣凝膠漿料涂覆到纖維氈表面制得氣凝膠隔熱氈，本技術(shù)制得的氣凝膠隔熱氈呈現(xiàn)低熱導(dǎo)率，能夠有效阻隔傳熱；本技術(shù)制得的氣凝膠隔熱氈具有較好的耐溫性和良好的力學(xué)性能，能夠適應(yīng)多種場景的隔熱應(yīng)用。

44、2.本技術(shù)中制得的改性二氧化硅氣凝膠粉、氣凝膠漿料和氣凝膠隔熱氈原材料價(jià)格低廉、制備過程簡單易操作、生產(chǎn)成本較低，有利于工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用，對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。