本發(fā)明公開了一種二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，屬于保溫隔熱材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：納米孔超級(jí)隔熱絕熱材料是指熱導(dǎo)率低于“無對(duì)流空氣”熱導(dǎo)率的絕熱材料，該材料氣孔尺寸小于空氣分子平均自由程（小于70nm），具有輕質(zhì)、耐高溫、孔隙率高、導(dǎo)熱率低等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的保溫隔熱材料。二氧化硅氣凝膠是目前研究最為廣泛的一種隔熱材料，其孔隙率高達(dá)80～99.8%，孔洞的典型尺寸為1～100nm，比表面積為200～1000m2/g，而密度可低達(dá)3kg/m3，室溫?zé)釋?dǎo)率低至12mw/（m·k）。純二氧化硅氣凝膠隔熱效果差，不耐高溫、力學(xué)性能低，而具有實(shí)用價(jià)值的納米孔超級(jí)絕熱材料應(yīng)同時(shí)兼有良好的隔熱和力學(xué)性能，通常是將二氧化硅氣凝膠與紅外遮光劑以及增強(qiáng)體進(jìn)行復(fù)合，以提高二氧化硅氣凝膠的隔熱和力學(xué)性能。常用的紅外遮光劑有碳化硅、二氧化鈦、炭黑、六鈦酸鉀等，常用的增強(qiáng)材料有陶瓷纖維、無堿超細(xì)玻璃纖維、多晶莫來石纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋯纖維等。lee等通過在氣凝膠中摻加炭黑的方法來抑制熱輻射傳熱，這種方法在一定程度上提高了氣凝膠材料的高溫隔熱性能，但同時(shí)出現(xiàn)了炭黑高溫氧化問題，限制了其最高服役溫度。此外，吸水率也是影響二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料性能的主要因素之一。由于絕熱材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸和存放過程中難免要遇到潮濕的環(huán)境，如果吸水率過高，會(huì)導(dǎo)致材料絕熱性能、力學(xué)性能等下降而影響其正常使用。因此，如何有效提高二氧化硅納米孔超級(jí)隔熱材料的使用性能，使其兼具良好的隔熱性能、優(yōu)異的力學(xué)性能及疏水性，是二氧化硅納米孔超級(jí)隔熱材料的研究方向，其性能的優(yōu)劣直接決定了使用性能和應(yīng)用范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)傳統(tǒng)二氧化硅納米孔超級(jí)隔熱材料力學(xué)性能低，隔熱效果差，且吸水率過高，導(dǎo)致材料使用和儲(chǔ)存過程中絕熱性能下降而影響其正常使用的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：（1）按體積比為20：1～30：1將正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯混合均勻，得混合液；（2）將上述所得混合液與無水乙醇按體積比為0.6：1～0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.2～1.8倍的草酸，密封恒溫水解反應(yīng)8～10h后，打開反應(yīng)釜，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.2～0.4倍的氨水；（3）待氨水滴加完畢，靜置5～10min，再經(jīng)溶劑交換和老化，得濕凝膠；（4）按重量份數(shù)計(jì)，依次取30～50份上述所得濕凝膠，10～20份對(duì)苯二甲酸，100～200份溶劑，3～5份催化劑，恒溫?cái)嚢杌旌戏磻?yīng)后，依次用水洗、醇洗和正己烷洗滌，再經(jīng)干燥，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。步驟（2）所述的草酸為濃度為0.01～0.02mol/l草酸溶液。步驟（2）所述的密封恒溫水解反應(yīng)條件為：水解溫度55～65℃，攪拌轉(zhuǎn)速300～500r/min。步驟（2）所述的氨水滴加控制在45～60min內(nèi)滴完；所述的氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%。步驟（3）所述的溶劑交換為采用無水乙醇交換3～5次，再用正己烷交換3～5次。步驟（3）所述的老化條件為：室溫靜置老化20～40h。步驟（4）所述的溶劑為二乙基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基亞砜中的一種。步驟（4）所述的催化劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%硫酸溶液。步驟（4）所述的恒溫?cái)嚢杌旌戏磻?yīng)條件為：攪拌轉(zhuǎn)速200～400r/min，反應(yīng)溫度75～85℃，反應(yīng)時(shí)間為2～4h。本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明首先通過正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯混合水解，水解產(chǎn)生的納米二氧化硅和納米二氧化鈦表面的羥基活性很大，彼此之間發(fā)生部分縮合，使二氧化鈦離子穩(wěn)定且均勻分散于體系中，二氧化鈦?zhàn)鳛榧t外遮光劑加入后，能有效抑制材料在高溫下的紅外輻射傳熱，改善材料的高溫隔熱性能；（2）本發(fā)明通過以濃硫酸為脫水催化劑，催化對(duì)苯二甲酸與體系中納米二氧化硅表面的硅羥基及納米二氧化鈦表面的鈦羥基發(fā)生脫水縮合，形成穩(wěn)定的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少材料表面親水基團(tuán)，有效提高材料的接觸角，從而提高產(chǎn)品的疏水性能，且得益于三維空間網(wǎng)絡(luò)的形成，使氣凝膠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得以加固，力學(xué)性能得到有效提高，且苯環(huán)的加入，可有效提高產(chǎn)品在高溫下的耐氧化性能，從而提高產(chǎn)品的使用性能。具體實(shí)施方式首先按體積比為20：1～30：1將正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯倒入燒杯中，用磁力攪拌機(jī)以300～500r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合30～60min，得混合液；再將所得混合液與無水乙醇按體積比為0.6：1～0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.2～1.8倍的濃度為0.01～0.02mol/l草酸溶液，隨后將反應(yīng)釜密封，于溫度為55～65℃，轉(zhuǎn)速為300～500r/min條件下，密封恒溫水解反應(yīng)8～10h，待水解完成，打開反應(yīng)釜，于恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.2～0.4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%氨水，控制在45～60min內(nèi)滴完，待氨水滴加完畢，停止攪拌，恒溫靜置5～10min，待反應(yīng)釜內(nèi)物料自然冷卻至室溫，用無水乙醇進(jìn)行溶劑交換3～5次，交換總時(shí)間為12～36h，再用正己烷進(jìn)行溶劑交換3～5次，交換總時(shí)間為12～36h，待溶劑交換結(jié)束，于室溫條件下靜置老化20～40h，得濕凝膠；再按重量份數(shù)計(jì)，依次取30～50份所得濕凝膠，10～20份對(duì)苯二甲酸，100～200份溶劑，3～5份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%硫酸溶液，混合后于溫度為75～85℃，轉(zhuǎn)速為200～400r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～4h，待反應(yīng)結(jié)束，過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅3～5次，直至洗滌液呈中性，再依次用無水乙醇洗滌2～4次，正己烷洗滌2～4次，再將正己烷洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱，于溫度為80～90℃條件下干燥6～8h，出料，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。其中所述的溶劑為二乙基甲酰胺、二甲基甲酰胺或二甲基亞砜中的一種。實(shí)例1首先按體積比為30：1將正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯倒入燒杯中，用磁力攪拌機(jī)以500r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合60min，得混合液；再將所得混合液與無水乙醇按體積比為0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.8倍的濃度為0.02mol/l草酸溶液，隨后將反應(yīng)釜密封，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，密封恒溫水解反應(yīng)10h，待水解完成，打開反應(yīng)釜，于恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氨水，控制在60min內(nèi)滴完，待氨水滴加完畢，停止攪拌，恒溫靜置10min，待反應(yīng)釜內(nèi)物料自然冷卻至室溫，用無水乙醇進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，再用正己烷進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，待溶劑交換結(jié)束，于室溫條件下靜置老化40h，得濕凝膠；再按重量份數(shù)計(jì)，依次取50份所得濕凝膠，20份對(duì)苯二甲酸，200份溶劑，5份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%硫酸溶液，混合后于溫度為85℃，轉(zhuǎn)速為400r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅5次，直至洗滌液呈中性，再依次用無水乙醇洗滌4次，正己烷洗滌4次，再將正己烷洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱，于溫度為90℃條件下干燥8h，出料，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。其中所述的溶劑為二乙基甲酰胺。實(shí)例2首先將正硅酸乙酯與無水乙醇按體積比為0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.8倍的濃度為0.02mol/l草酸溶液，隨后將反應(yīng)釜密封，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，密封恒溫水解反應(yīng)10h，待水解完成，打開反應(yīng)釜，于恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氨水，控制在60min內(nèi)滴完，待氨水滴加完畢，停止攪拌，恒溫靜置10min，待反應(yīng)釜內(nèi)物料自然冷卻至室溫，用無水乙醇進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，再用正己烷進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，待溶劑交換結(jié)束，于室溫條件下靜置老化40h，得濕凝膠；再按重量份數(shù)計(jì)，依次取50份所得濕凝膠，20份對(duì)苯二甲酸，200份溶劑，5份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%硫酸溶液，混合后于溫度為85℃，轉(zhuǎn)速為400r/min條件下，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，過濾，得濾餅，并用去離子水洗滌濾餅5次，直至洗滌液呈中性，再依次用無水乙醇洗滌4次，正己烷洗滌4次，再將正己烷洗滌后的濾餅轉(zhuǎn)入真空干燥箱，于溫度為90℃條件下干燥8h，出料，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。其中所述的溶劑為二乙基甲酰胺。實(shí)例3首先按體積比為30：1將正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯倒入燒杯中，用磁力攪拌機(jī)以500r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合60min，得混合液；再將所得混合液與無水乙醇按體積比為0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.8倍的濃度為0.02mol/l草酸溶液，隨后將反應(yīng)釜密封，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，密封恒溫水解反應(yīng)10h，待水解完成，打開反應(yīng)釜，于恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氨水，控制在60min內(nèi)滴完，待氨水滴加完畢，停止攪拌，恒溫靜置10min，待反應(yīng)釜內(nèi)物料自然冷卻至室溫，用無水乙醇進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，再用正己烷進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，待溶劑交換結(jié)束，于室溫條件下靜置老化40h，得濕凝膠；再將濕凝膠轉(zhuǎn)入真空干燥箱，于溫度為90℃條件下干燥8h，出料，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。實(shí)例4首先將正硅酸乙酯與無水乙醇按體積比為0.8：1混合倒入反應(yīng)釜，再向反應(yīng)釜中加入無水乙醇體積1.8倍的濃度為0.02mol/l草酸溶液，隨后將反應(yīng)釜密封，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為500r/min條件下，密封恒溫水解反應(yīng)10h，待水解完成，打開反應(yīng)釜，于恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，邊攪拌邊滴加無水乙醇體積0.4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氨水，控制在60min內(nèi)滴完，待氨水滴加完畢，停止攪拌，恒溫靜置10min，待反應(yīng)釜內(nèi)物料自然冷卻至室溫，用無水乙醇進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，再用正己烷進(jìn)行溶劑交換5次，交換總時(shí)間為36h，待溶劑交換結(jié)束，于室溫條件下靜置老化40h，得濕凝膠；再將濕凝膠轉(zhuǎn)入真空干燥箱，于溫度為90℃條件下干燥8h，出料，即得二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料。將實(shí)例1至4所得產(chǎn)品二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料進(jìn)行性能測(cè)試，具體測(cè)試方法如下所述：接觸角：利用德國(guó)dataphysics公司oca20視頻接觸角測(cè)定儀測(cè)定樣品的接觸角；比表面積和孔徑分布：利用quntachrome公司nova2000型測(cè)試儀測(cè)定比表面積和孔徑分布（測(cè)定溫度為77k，吸附介質(zhì)為氮?dú)猓?；堆積密度：根據(jù)質(zhì)量和體積計(jì)算得到；導(dǎo)熱系數(shù)：于室溫條件下，采用防護(hù)熱板法測(cè)試。具體測(cè)試結(jié)果如表1所示：表1實(shí)例1實(shí)例2實(shí)例3實(shí)例4接觸角（°）1621525452比表面積（m2/g）786.79770.68762.23700.66孔徑分布（nm）5～2810～4010～5020～100堆積密度（g/cm3）0.32020.35060.36010.3722導(dǎo)熱系數(shù)（w/（m·k））0.0110.0360.0160.048彎曲強(qiáng)度（mpa）0.280.260.110.09由表1檢測(cè)結(jié)果可知，本發(fā)明技術(shù)方案制備的二氧化硅納米孔超級(jí)絕熱材料疏水性、隔熱性能及力學(xué)性能均有提升。當(dāng)前第1頁(yè)12