一种二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法与流程

本发明属于二氧化硅气凝胶保温材料
技术领域：
，具体涉及一种二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法。
背景技术：
：二氧化硅气凝胶是一种固体相颗粒和孔洞均为纳米量级的新型多孔功能材料，具有轻质、半透明、高比表面积、高孔隙率、低声传播速度、低介电常数和极低的导热系数等优异性能，在化学、热学、声学、光学、电学等领域，特别是在高效隔热材料、吸附材料、化学催化剂及其载体等方面有广阔的应用前景。二氧化硅气凝胶的应用多是以保温填料的方式填充在保温材料中，起到隔热保温的效果。但是由于二氧化硅气凝胶孔隙率大，在填充过程中容易被其它原料堵塞孔孔，造成隙孔率降低，从而影响到二氧化硅气凝胶的保温性能。二氧化硅气凝胶的诸多优良性能都来源于其纳米级多孔结构，但是在实际应用过程中为了保证这么纳孔不被堵塞，通常需要对二氧化硅气凝胶做一些特殊处理，这一过程往往会使得生产成本增加，因此在很多产品的生产过程中，二氧化硅气凝胶都是采用直接加入混合的方式，在制品凝固老化的时候往往会造成很大部分的气凝胶孔隙堵塞，造成制品的保温性能不佳。申请号为201811593311.8的中国专利公开了一种基于二氧化硅气凝胶改性的保温隔热防水涂料，由以下重量百分比的原料制成：气凝胶丙烯酸乳液混合浆料55-70％、功能性填充料25-40％、润湿剂1％、成膜助剂3％、消泡剂1％；气凝胶丙烯酸乳液混合浆料由气凝胶粉末和丙烯酸乳液混合而成，气凝胶是以水玻璃为硅源的二氧化硅气凝胶。本发明使用廉价易得的水玻璃作为气凝胶的硅源，并通过常温常压方式制备二氧化硅气凝胶，其成本低廉，产品保温隔热性能优异，有益于气凝胶的推广应用。因此，发明人采用其气凝胶粉末和丙烯酸乳液混合料作为水性基料，搭配润湿剂、成膜助剂和消泡剂制得了，该发明制得具备良好的保温隔热及防水功能的保温隔热防水涂料。然而该发明保温涂料将气凝胶粉与丙烯酸乳液直接混合，会造成丙烯酸进入到气凝胶微孔中，固化后堵塞微孔，影响涂料保温性能。申请号为201510990456.1的中国专利申请公开了一种保温涂料，它包含下列重量份的原料：重质碳酸钙25—45份、膨胀珍珠岩35—55份、sio2-tio2复合氧化物5—10份、石蜡2—5份；制备时，首先sio2-tio2复合氧化物为壁材，利用溶胶凝胶法制备了石蜡/sio2-tio2复合相变微胶囊，然后再将石蜡/sio2-tio2复合相变微胶囊与重质碳酸钙、膨胀珍珠岩充分混合即可。本发明的保温涂料，其相变潜热性能达到80j/g以上，保温效果显著，并在500和1000次的冷热循环试验中性能稳定，同时解决了涂料干燥后易开裂、脱落的问题。申请号为201510393539.2的中国专利申请公开了一种二氧化硅气凝胶微球绝热保温涂料，由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯34-38、乙醇适量、去离子水适量、三甲基氯硅烷4-5、γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.5-0.8、e-12环氧树脂70-75、乙二醇二缩水甘油醚10-12、轻质碳酸钙1.3-1.7、三乙烯四胺6.8-7.4；本发明使用了二氧化硅气凝胶微球，使得涂料的保温性能极大的提高了，通过对气凝胶微球表面进行改性，防止疏水性气凝胶与涂膜开裂，又不会吸潮引起气凝胶破碎，开裂，涂料薄膜耐久性好。申请号为201510392512.1的中国专利申请公开了一种针状硅酸盐增强的超级绝热保温涂料，由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯34-38、盐酸适量、氨水适量、乙醇适量、去离子水适量、乙烯基三甲氧基硅烷1-2、二甲基二乙氧基硅烷2.5-3、3-氨丙基三羟基硅烷0.8-1.2、酚醛树脂0.5-0.8、纳米碳酸钙0.2-0.4、针状硅酸盐0.6-0.9、e-12环氧树脂70-75、乙二醇二缩水甘油醚9-12、三乙醇胺7-7.5；本发明通过对气凝胶进行疏水改性，减少了气凝胶吸潮破碎现象，又经过亲水修饰，增加了气凝胶与成膜剂的结合强度。申请号为201910109883.2的中国专利申请公开了一种纳米微孔隔热保温材料，包括多孔的基层及附着在基层表面的绝热层，所述基层由以下重量份的原料组成：聚合物空心微球28-36份、石蜡/多孔珍珠岩-脲醛树脂相变微胶囊1-5份、纳米氧化铝空心球11-19份、纳米二氧化硅溶胶5-12份、硅酸铝纤维3-7份；所述绝热层由以下重量份的原料组成：二氧化硅气凝胶44-54份、改性淀粉14-18份、空心微珠4-8份、纳米氧化钛10-16份、莫来石晶须3-5份、发泡剂2-4份。本发明具有较好的保温隔热性能，且强度高，不易收缩，可满足建筑墙体保温隔热要求。技术实现要素：针对现有二氧化硅气凝胶作为保温填料时微孔易被堵塞造成保温性能降低的问题，本发明开发了一种核壳结构的二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法。为达到上述目的，本发明的所述一种二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法包括如下步骤：(1).将无机发泡剂溶解于水中,再加入二氧化硅气凝胶，搅拌混合均匀，使无机发泡剂充分填充到二氧化硅气凝胶的微孔中，过滤除去多余液体，将孔隙预堵塞，得到无孔二氧化硅气凝胶；(2).将石蜡加入到50～70℃的反应釜中加热融化后加入氯化钙研磨均匀，喷洒在步骤（1）制备得到的无孔二氧化硅气凝胶表面，然后加入到水中搅拌，添加无机分散剂使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（3）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在60～80℃干燥15～24小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。步骤（1）中所述的二氧化硅气凝胶粉末与无机发泡剂和水的重量份数为10～15：1～2：10～20。步骤（1）中所述的无机发泡剂选自碳酸铵或碳酸氢铵中的一种。步骤（2）中所述的石蜡、氯化钙、无孔二氧化硅气凝胶、水和无机分散剂的重量份数为1～3：0.5-1：30～50：100-150：1～3。步骤（3）中所述的碳酸钠加入量使分散体系饱和。步骤（2）中所述的无机分散剂为上海涂鸿实业有限公司生产的htk-5040钠盐分散剂。步骤（2）的石蜡在二氧化硅气凝胶表面形成疏水膜防止步骤（3）在碳酸钙沉淀形成碳酸钙壳结构时造成碳酸钙在气凝胶微孔中的沉积，在步骤（3）60～80℃干燥过程中，气凝胶内部的步骤（1）加入的无机发泡剂分解产生气体，二氧化硅气凝胶微孔保存，因此，不易堵塞二氧化硅气凝胶的微孔，得到制品的保温性能佳。通过将氯化钙分散在石蜡中形成包膜，在与碳酸钠饱和液接触时氯化钙与碳酸钠逐步生成碳酸钙包膜，该包膜有效防止二氧化硅气凝胶的微孔被堵塞。特别是内涵的无机发泡剂在后续热处理时，产生气泡使得微孔被充分地保留。所得的二氧化硅气凝胶作为保温填料，可以在较多的材料基体中添加使用，从而达到良好的保温隔热效果。本发明利用石蜡在二氧化硅气凝胶表面形成疏水膜防止在形成碳酸钙壳结构时造成碳酸钙在气凝胶微孔中的沉积，在干燥过程中气凝胶内部的无机发泡剂分解产生气体，气凝胶微孔保存，最终形成核壳结构二氧化硅气凝胶/碳酸钙保温填料，生产工艺简单。本发明选用合适的材料将气凝胶制成核壳结构，通过外壳降低气凝胶微孔堵塞的可能性。可以均匀地分散在有机聚合物中，因此也是非常普遍的一种无机填料。利用碳酸钙包覆二氧化硅气凝胶形成核壳结构可以保证二氧化硅气凝胶的孔隙率，同时作为填料也具有良好的相容性，可以提高制品的保温性能。附图说明图1为本发明二氧化硅气凝胶保温填料用于橡胶的保温检测室模拟示意图。其中，1为橡胶保温隔热垫；2为试管；3为水。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。实施例1(1).将1kg无机发泡剂碳酸氢铵溶解于20kg水中,再加入10kg的二氧化硅气凝胶，搅拌混合均匀，使无机发泡剂充分填充到二氧化硅气凝胶的微孔中，过滤除去多余液体，将孔隙预堵塞，得到无孔二氧化硅气凝胶；(2).将1kg石蜡加入到70℃的反应釜中加热融化后加入0.5kg氯化钙研磨均匀，喷洒在30kg步骤（1）制备得到的无孔二氧化硅气凝胶表面，然后加入到120kg水中搅拌，添加1kghtk-5040使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（3）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中得到饱和液，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在80℃干燥15小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。实施例2(1).将2kg无机发泡剂碳酸氢铵溶解于20kg水中,再加入12kg的二氧化硅气凝胶，搅拌混合均匀，使无机发泡剂充分填充到二氧化硅气凝胶的微孔中，过滤除去多余液体，将孔隙预堵塞，得到无孔二氧化硅气凝胶；(2).将1kg石蜡加入到70℃的反应釜中加热融化后加入1kg氯化钙研磨均匀，喷洒在32kg步骤（1）制备得到的无孔二氧化硅气凝胶表面，然后加入到150kg水中搅拌，添加1kghtk-5040使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（3）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中得到饱和液，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在80℃干燥24小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。实施例3(1).将1.5kg无机发泡剂碳酸氢铵溶解于20kg水中,再加入15kg的二氧化硅气凝胶，搅拌混合均匀，使无机发泡剂充分填充到二氧化硅气凝胶的微孔中，过滤除去多余液体，将孔隙预堵塞，得到无孔二氧化硅气凝胶；(2).将1kg石蜡加入到60℃的反应釜中加热融化后加入0.5kg氯化钙研磨均匀，喷洒在35kg步骤（1）制备得到的无孔二氧化硅气凝胶表面，然后加入到100kg水中搅拌，添加1kghtk-5040使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（3）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中得到饱和液，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在80℃干燥15小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。实施例4(1).将2kg无机发泡剂碳酸氢铵溶解于20kg水中,再加入15kg的二氧化硅气凝胶，搅拌混合均匀，使无机发泡剂充分填充到二氧化硅气凝胶的微孔中，过滤除去多余液体，将孔隙预堵塞，得到无孔二氧化硅气凝胶；(2).将1kg石蜡加入到70℃的反应釜中加热融化后加入0.5kg氯化钙研磨均匀，喷洒在35kg步骤（1）制备得到的无孔二氧化硅气凝胶表面，然后加入到120kg水中搅拌，添加2kghtk-5040使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（3）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中得到饱和液，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在80℃干燥24小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。对比例1(1).将1kg石蜡加入到70℃的反应釜中加热融化后加入0.5kg氯化钙研磨均匀，喷洒在30kg二氧化硅气凝胶表面，然后加入到120kg水中搅拌，添加1kghtk-5040使表面包覆有石蜡的二氧化硅气凝胶在水中完全分散，得到分散体系；（2）.将碳酸钠加入到（2）中所述的分散体系中得到饱和液，搅拌，直到二氧化硅气凝胶表面包覆的石蜡中的氯化钙与碳酸钠形成碳酸钙包覆层，离心过滤，在80℃干燥15小时得到二氧化硅气凝胶保温填料。对比例1没有在二氧化硅气凝胶内置发泡剂，包覆后微孔容易被堵塞。影响保温效果。对比例2未进行处理的二氧化硅气凝胶作为参比样。保温性能检测：将实施例1-4和对比例1-2的材料以质量比1:10与橡胶混炼，制备成厚度为6mm的橡胶保温隔热垫，然后将其包裹在装满有50℃水的试管，试管口用活塞堵住，放入恒温为25℃的室内，10h后检测试管内水的温度，检测结果如表1所示。表1实施例1-4与对比例1和2的10h后检测试管内水的温度温度（℃）实施例145.8℃实施例246.3℃实施例345.4℃实施例446.1℃对比例136.7℃对比例231.8℃据表1所示，实施例与对比例1和对比例2相比，实施例制备得到的橡胶保温隔热垫包裹在试管上，在10h后温度为45.4—46.3℃，仅仅下降了3.7—4.6℃，而对比例制备得到的橡胶保温隔热垫包裹在试管上，在10h后的温度为31.8—36.7℃，下降了18.2—13.3℃。说明本发明制备的二氧化硅气凝胶/碳酸钙保温填料的空隙较丰富，不容易被橡胶堵塞，相比于普通的二氧化硅气凝胶具有优异的保温效果。当前第1页12