一種納米保溫板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及納米保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種W二氧化娃氣凝膠粉體為填充 料的納米保溫板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的迅猛發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求量急劇攀升，粗放式的能源利 用方式已越來(lái)越難W適應(yīng)日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，如何提高能源利用率，降低能耗成為世界 各國(guó)研究的重大課題。特別是在我國(guó)，發(fā)電、冶金冶煉、石油化工、建筑陶瓷等行業(yè)的能源消 耗均比發(fā)達(dá)國(guó)家同行業(yè)高2-5倍，能源利用率普遍低下的運(yùn)一現(xiàn)狀直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)可 持續(xù)快速發(fā)展的步伐。
[0003] 一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)能渠道基本分為Ξ大類：第一類是先進(jìn)的技術(shù)工藝流 程；第二類是先進(jìn)精良的生產(chǎn)設(shè)備；第Ξ類是優(yōu)良的節(jié)能材料。對(duì)于節(jié)能材料而言，保溫隔 熱材料是其中研究和應(yīng)用最為廣泛的一大類。根據(jù)材質(zhì)的不同，保溫隔熱材料又可進(jìn)一步 分為有機(jī)絕熱材料、無(wú)機(jī)絕熱材料和金屬絕熱材料，其中，目前常用的無(wú)機(jī)絕熱材料主要是 W陶瓷纖維、晶須、陶瓷空屯、球等為原料所制成的孔徑集中在幾微米到幾毫米的微孔陶瓷 材料，運(yùn)種材料的常溫導(dǎo)熱系數(shù)通常大于0. 04W/(m·K)，其隔熱性能遠(yuǎn)不能滿足高效隔熱 領(lǐng)域如航空、航天、船舶等行業(yè)的需求。為了降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)，提高材料的隔熱性能，需 要在保證材料有足夠孔隙率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小材料的孔徑尺寸。
[0004] 隨著納米技術(shù)的發(fā)展，氣凝膠材料問(wèn)世，它是一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔輕質(zhì)材 料，99%的成分是由氣體組成，使得氣凝膠成為目前已知質(zhì)量最輕的固體物質(zhì)，同時(shí)也是 無(wú)機(jī)絕熱領(lǐng)域熱導(dǎo)率最低的材料。尤其是二氧化娃氣凝膠，其在常溫常壓下的熱導(dǎo)率為 0. 012-0. 015W/(m·K)，遠(yuǎn)低于普通無(wú)機(jī)絕熱材料。但純的二氧化娃氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度低、 初性差，導(dǎo)致材料尺寸的穩(wěn)定性較差，也限制了其在施工上的可操作性。因此，如何改善二 氧化娃氣凝膠材料的力學(xué)性能，是現(xiàn)階段研究的一個(gè)重要方向。 陽(yáng)0化]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101628804A公開(kāi)了一種氣凝膠絕熱復(fù)合材料的制備方法，包括， 將正娃酸乙醋、無(wú)水乙醇、去離子水、鹽酸按摩爾比1 : 10 : 3 : 0.015配成娃溶膠，加入 上述8 %二氧化娃氣凝膠粉末、3 %二氧化鐵、10 %高嶺±化及8 %娃酸侶纖維，然后加入濃 度為1 %的氨水，采用誘注工藝成型，并置于室溫下老化120小時(shí)，進(jìn)行常壓干燥，即制得容 重為300kg/m3,常溫下熱導(dǎo)率為0. 05W/(m·Κ)的絕熱復(fù)合材料。上述技術(shù)將二氧化娃氣凝 膠與高嶺±、娃酸侶纖維配合使用，并利用娃溶膠的粘結(jié)作用，再通過(guò)誘注工藝成型，有利 于提高材料的機(jī)械強(qiáng)度。
[0006] 但在上述技術(shù)中，由于娃溶膠運(yùn)一液料成分的使用量相對(duì)于二氧化娃氣凝膠粉、 二氧化鐵、高嶺上、娃酸侶纖維等干固型成分，占總物料重量的50-70%，那么當(dāng)干固型成分 與液料成分混合時(shí)，娃溶膠中的乙醇、水等溶劑會(huì)大量進(jìn)入氣凝膠的納米孔中，在后續(xù)的干 燥處理過(guò)程中，運(yùn)些溶劑又會(huì)從氣凝膠的孔隙中揮發(fā)出來(lái)，而溶劑揮發(fā)時(shí)溶劑的表面張力 會(huì)破壞納米氣凝膠粉的微結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致材料的空隙巧塌，密度增大，從而造成保溫隔熱性 能下降，因此，上述現(xiàn)有技術(shù)很難制備出隔熱性能更好的絕熱材料。另外，上述技術(shù)中二氧 化娃氣凝膠的用量占比太低，同樣難W制備得到絕熱性能更好的納米保溫板。因此，如何對(duì) 現(xiàn)有技術(shù)中的納米保溫板的原料配比及制備方法進(jìn)行改進(jìn)W克服上述技術(shù)缺陷，依然是本 領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中的納米保溫板不能兼具隔熱性能好和機(jī) 械強(qiáng)度高的運(yùn)一缺陷，進(jìn)而提供一種保溫隔熱性能好、且機(jī)械強(qiáng)度高的納米保溫板的制備 方法。
[0008] 為此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：
[0009] 一種納米保溫板的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 混合步驟：將二氧化娃氣凝膠粉體與紅外遮蔽劑、短切纖維按質(zhì)量比為 1 : (0.1-0. 5) : (0.01-0. 1)的比例混合均勻，形成混合物；
[0011] 正娃酸溶液的制備步驟：在酸催化劑的存在下，將娃酸醋與水按摩爾比為 1 : (18-36)的比例混合，攬拌下進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)體系的抑值小于3,靜置，即得正娃酸 溶液；
[0012] 潤(rùn)濕步驟：W噴霧的方式將所述正娃酸溶液噴灑至處于攬拌狀態(tài)下的所述混合物 上，得潤(rùn)濕料；所述正娃酸溶液的加入量不大于所述混合物的質(zhì)量的20%;
[0013] 成型步驟：將所述潤(rùn)濕料成型為板材；
[0014] 養(yǎng)護(hù)步驟：在氨氣氛圍中，對(duì)所述板材進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，得養(yǎng)護(hù)板；
[0015] 干燥步驟：對(duì)所述養(yǎng)護(hù)板進(jìn)行干燥處理，即制得納米保溫板。
[0016] 所述二氧化娃氣凝膠粉體的粒徑為500-1200目，孔徑為20-50nm。
[0017] 所述纖外遮蔽劑為納米娃酸錯(cuò)、納米氧化錯(cuò)、超細(xì)鐵白粉、真空陶瓷微球、納米氧 化鐵或納米氧化侶中的一種或幾種；其中所述超細(xì)鐵白粉的粒度為0. 1-0. 5微米。
[0018] 所述短切纖維為PET纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、娃酸侶纖維、高娃氧纖維或莫 來(lái)石纖維中的一種或幾種，所述短切纖維的長(zhǎng)度為6-30mm。
[0019] 所述酸催化劑中的摩爾濃度為0. 2mol/L;所述酸催化劑中的Η+與所述娃酸醋 的摩爾比為化025-0. 2) : 5。
[0020] 所述娃酸醋為正娃酸甲醋、正娃酸乙醋、正娃酸丙醋或正娃酸下醋中的一種或幾 種。
[0021] 在所述潤(rùn)濕步驟中，攬拌所述混合物的轉(zhuǎn)速為200-80化/min。
[0022] 所述混合物與所述板材的密度之比為化5-3.5) : 1。
[0023] 在所述正娃酸溶液的制備步驟中，靜置12-4化；
[0024] 在所述養(yǎng)護(hù)步驟中，養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；
[0025]在所述干燥步驟中，溫度為150-300°C，時(shí)間為24小時(shí)。
[00%] 在所述潤(rùn)濕步驟中，還包括，在加入所述正娃酸溶液之前，W噴霧的方式將粘結(jié)劑 加入至所述混合物中；
[0027] 所述粘結(jié)劑為憐酸二氨侶水溶液和/或娃溶膠，所述粘結(jié)劑的抑值小于3 ;在所 述憐酸二氨侶水溶液中憐酸二氨侶的質(zhì)量含量為66. 7%;所述憐酸二氨侶與所述娃溶膠的 質(zhì)量比為3 : 1。
[0028] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 1、本發(fā)明提供的納米保溫板的制備方法，首創(chuàng)性地W二氧化娃氣凝膠作為制備保 溫板的主要原料，將氣凝膠與紅外遮蔽劑、短切纖維混勻形成混合物。纖外遮蔽劑的加入能 使其與二氧化娃氣凝膠產(chǎn)生分子水平的復(fù)合，促使氣凝膠充分發(fā)揮其納米多孔結(jié)構(gòu)對(duì)固體 傳熱和空氣對(duì)流傳熱的良好阻隔作用，同時(shí)又能有效阻隔紅外福射傳熱；短切纖維具有結(jié) 構(gòu)增強(qiáng)作用，有利于提高保溫板在各個(gè)維度的機(jī)械強(qiáng)度。
[0030] 本發(fā)明的制備方法首創(chuàng)性地采用噴霧的方式將正娃酸溶液噴灑至干固型粉體狀 的混合物上，通過(guò)不斷攬拌使得正娃酸溶液能夠恰好潤(rùn)濕該混合物，那么在后續(xù)的氨氣養(yǎng) 護(hù)過(guò)程中，位于混合物表面的正娃酸分子中所含的活性徑基會(huì)發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而形成Ξ 維立體網(wǎng)絡(luò)的二氧化娃骨架結(jié)構(gòu)，使得二氧化娃氣凝膠粉體能夠完全填充于該骨架中，從 而不僅為大量的二氧化娃氣凝膠粉體的壓制成型提供了可能性，更重要的是還大幅提升了 保溫板的力學(xué)性能。并且，本發(fā)明W噴霧方式潤(rùn)濕混合物所形成的潤(rùn)濕料僅能達(dá)到局部飽 和狀態(tài)，運(yùn)樣可防止大量溶劑進(jìn)入二氧化娃氣凝膠的納米孔中，W避免干燥過(guò)程中多孔結(jié) 構(gòu)的巧塌，從而有效確保了由氣凝膠為填充料所制得的納米保溫板的保溫絕熱性能。綜上， 本發(fā)明的制備方法通過(guò)采用噴霧的方式將正娃酸溶液噴灑至混合物上，最大限度地保留了 二氧化娃氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)，從而確保最終制得的保溫板具備良好的保溫絕熱性能。
[0031] 同時(shí)，本發(fā)明的制備方法首次將由潤(rùn)濕料成型的板材置于氨氣中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理， 板材中的水吸收氨氣產(chǎn)生氨氧根離子，其與二氧化娃氣凝膠表面的活性徑基發(fā)生脫水縮合 反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了保溫板內(nèi)部顆粒間的化學(xué)交聯(lián)，大大增加了保溫板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)力，從而極大地 提高了保溫板的機(jī)械強(qiáng)度。由此，本發(fā)明的制備方法完美解決了現(xiàn)有技術(shù)由二氧化娃氣凝 膠制備的保溫板無(wú)法