CN103626467B - 一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法，所述方法主要利用改性二氧化硅气凝胶浆体与玻璃棉纤维针刺毡复合，所述改性二氧化硅气凝胶浆体的原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂。本发明将二氧化硅气凝胶与具有防火性能的玻璃棉纤维针刺毡进行复合，能够大幅度的降低玻璃棉纤维针刺毡的导热系数，同时提高耐高温性及防水性，并减少同等要求下的玻璃棉纤维针刺毡的使用厚度，便于施工，从而提高工人施工效率，降低综合施工的成本。
Description
技术领域
本发明属于化工材料技术领域，尤其涉及一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法。
背景技术
目前，现有的工业管道用传统保温材料面临的问题有：1）岩棉保温性差、易吸潮、厚度过厚、有些场合不易施工，导热系数高、保温效果不理想的缺点；2）普通玻璃棉毡不耐高温；3）聚氨酯材料不耐高温、易燃烧。
二氧化硅气凝胶是一种纳米多孔轻质无机材料，它具有极低的固态热传导，以及气态热传导。它在常温常压下导热系数仅为0.011W/(m·K)，是所有固态材料中隔热性能最好的一种，二氧化硅气凝胶还具有良好的耐温性能，可耐受最高600℃-900℃的高温，低温使用范围接近绝对零度，是一种性能优良的保温材料。
中国专利《一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法》（专利权人：华南理工大学，申请日：2010年8月6日，专利号：CN201010248197.2）通过溶胶凝胶工艺，不断搅拌，使短纤维均与分散在二氧化硅溶胶中，然后通过真空浸渗技术将纤维与溶胶的复合材料填充于多孔陶瓷孔内，通过制备气凝胶的老化、改性、干燥等工艺，制备出隔热材料。但上述方法存在很多缺陷，尤其是该方法只适用于载体材料为松散的不定型纤维材料，产品为不定型气凝胶与纤维复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法，所述方法将二氧化硅气凝胶与具有防火性能的玻璃棉纤维针刺毡进行复合，能够大幅度的降低玻璃棉纤维针刺毡的导热系数，同时提高耐高温性及防水性，并减少同等要求下的玻璃棉纤维针刺毡的使用厚度，便于施工，从而提高工人施工效率，降低综合施工的成本。
本发明的上述目的将通过以下技术方案进一步描述和体现。
一种改性二氧化硅气凝胶浆体，原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：
一种改性二氧化硅气凝胶浆体的制备方法，原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70；
所述制备方法包括以下步骤：
（1）将所述表面活性剂和溶剂加入到搅拌罐中，以500-800转/分的速度搅拌10-20分钟，使表面活性剂均匀分散在溶剂中，得到混合液；
（2）将所述二氧化硅气凝胶添加到所述混合液中，以500-800转/分的速度搅拌30-60分钟，制备出分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体；
（3）向所述分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体中加入所述改性剂，以500-800转/分的速度搅拌20-30分钟，即得到所述的改性二氧化硅气凝胶浆体。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：
一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法，将改性二氧化硅气凝胶浆体倒入容器中，将玻璃棉纤维针刺毡全部浸润在所述的改性二氧化硅气凝胶浆体中，20-40分钟后取出玻璃棉纤维针刺毡置于隔板上，待不再有浆体流出后，在30-80℃的温度下将浸润二氧化硅气凝胶浆体的玻璃棉纤维针刺毡烘干24-48小时至完全干燥，即得到所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡；
所述改性二氧化硅气凝胶浆体的原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70；
进一步的，所述改性剂为硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570中的一种或几种的混合物。
进一步的，所述表面活性剂为吐温80;
进一步的，所述溶剂为去离子水或乙醇;
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明采用分散方法，将二氧化硅气凝胶颗粒均匀分散在玻璃棉纤维针刺毡中，从而降低玻璃棉纤维针刺毡的导热系数，提高其耐高温性能，并提高其吸水性；
2、本发明是将二氧化硅气凝胶与具有防火性能的玻璃棉纤维针刺毡进行复合，能够大幅度减少同等要求下的玻璃棉纤维针刺毡的使用厚度，便于施工，从而提高工人施工效率，降低综合施工成本；
3、本发明所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡具有耐高温性达1000℃，保温性好，导热系数在0.020W/(m·K)，防水性好，憎水率大于99%。
具体实施方式
实施例1
一种改性二氧化硅气凝胶浆体，原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70；
所述改性二氧化硅气凝胶浆体制备方法包括以下步骤：
（1）将所述表面活性剂和溶剂加入到搅拌罐中，以500-800转/分的速度搅拌10-20分钟，使表面活性剂均匀分散在溶剂中，得到混合液；
（2）将所述二氧化硅气凝胶添加到所述混合液中，以500-800转/分的速度搅拌30-60分钟，制备出分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体；
（3）向所述分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体中加入所述改性剂，以500-800转/分的速度搅拌20-30分钟，即得到所述的改性二氧化硅气凝胶浆体。
所述改性二氧化硅气凝胶浆体的应用，即一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法，所述改性二氧化硅气凝胶浆体可用于制备二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡，将改性二氧化硅气凝胶浆体倒入容器中，将玻璃棉纤维针刺毡全部浸润在所述的改性二氧化硅气凝胶浆体中，20-40分钟后取出玻璃棉纤维针刺毡置于隔板上，待不再有浆体流出后，在30-80℃的温度下将浸润二氧化硅气凝胶浆体的玻璃棉纤维针刺毡烘干24-48小时至完全干燥，即得到所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡。
进一步的，所述改性剂为硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570中的一种或几种的混合物;
进一步的，所述表面活性剂为吐温80；进一步的，所述溶剂为去离子水或乙醇；
本实施例中所用重量单位为千克，也可以为克；
本实施例中所述的各个组分均为工业级；
本实施例中所述的各个组分为市场上出售的常规产品；
在本实施例中，所述的二氧化硅气凝胶浆体中的各组分可以在给出的配比范围内灵活组合，在此不一一枚举。
实施例2
本实施例是实施例1基础上的优选方案，所用的原料（组分）的品质与实施例1相同，所述二氧化硅气凝胶浆体中各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶25
硅烷偶联剂KH5608
吐温808
去离子水59;
改性二氧化硅气凝胶浆体原料配比选定后，所述改性二氧化硅气凝胶浆体的制备方法包括以下步骤：
（1）将作为表面活性剂的吐温80和作为溶剂的去离子水加入到搅拌罐中，以500转/分的速度搅拌10分钟，使所述的表面活性剂均匀分散在溶剂中；
（2）将所述二氧化硅气凝胶添加到搅拌好的表面活性剂和溶剂混合液中，以600转/分的速度搅拌45分钟，制备出分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体；
（3）向分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体中加入作为改性剂的硅烷偶联剂KH560，以500转/分的速度搅拌30分钟，即制备出所述的改性二氧化硅气凝胶浆体；
所述的改性二氧化硅气凝胶浆体制好后，将制好的改性二氧化硅气凝胶浆体倒入准备好的容器中，将玻璃棉纤维针刺毡板全部浸润其中，40分钟后取出置于隔板上，待不再有浆体流出后，置入烘干箱中，在50℃的温度下将浸润二氧化硅气凝胶的玻璃棉纤维针刺毡板烘干48小时至完全干燥，即得到本发明的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡。
为检测本实施例所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡的性能，分别测定了导热系数和憎水率，其中导热系数按GB/T10294的规定进行检测，憎水率按GB/T10299规定的方法进行检测，导热系数为0.020W/(m·K)，憎水率答99%以上，说明其防水性能好，施工效率高，通过降低其导热系数，减少玻璃棉纤维针刺毡厚度，可极大地提高工人施工效率，降低综合成本。
实施例3
本实施例是实施例1基础上的优选方案，所用的原料（组分）的品质与实施例1相同，所述二氧化硅气凝胶浆体中各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶20
硅烷偶联剂KH5705
吐温8010
去离子水60。
所述改性二氧化硅气凝胶浆体的制备方法、所述二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法参见实施例2。
为检测本实施例所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡的性能，分别测定了导热系数和憎水率，其中导热系数按GB/T10294的规定进行检测，憎水率按GB/T10299规定的方法进行检测，导热系数为0.018W/(m·K)，憎水率达98%以上，说明其防水性能好，施工效率高，通过降低其导热系数，减少玻璃棉纤维针刺毡厚度，可极大地提高工人施工效率，降低综合成本。
实施例4
本实施例是实施例1基础上的优选方案，所用的原料（组分）的品质与实施例1相同，所述二氧化硅气凝胶浆体中各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶20
硅烷偶联剂KH5505
硅烷偶联剂KH5705
吐温8012
乙醇50。
所述改性二氧化硅气凝胶浆体的制备方法、所述二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法参见实施例2。
为检测本实施例所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡的性能，分别测定了导热系数和憎水率，其中导热系数按GB/T10294的规定进行检测，憎水率按GB/T10299规定的方法进行检测，导热系数为0.019W/(m·K)，憎水率达98%以上，说明其防水性能好，施工效率高，通过降低其导热系数，减少玻璃棉纤维针刺毡厚度，可极大地提高工人施工效率，降低综合成本。
Claims (4)
1.一种改性二氧化硅气凝胶浆体，其特征在于，原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70；
所述改性剂为硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570中的一种或几种的混合物；
所述表面活性剂为吐温80。
2.一种如权利要求1所述的改性二氧化硅气凝胶浆体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将所述表面活性剂和溶剂加入到搅拌罐中，以500-800转/分的速度搅拌10-20分钟，使表面活性剂均匀分散在溶剂中，得到混合液；
（2）将所述二氧化硅气凝胶添加到所述混合液中，以500-800转/分的速度搅拌30-60分钟，制备出分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体；
（3）向所述分散均匀的二氧化硅气凝胶浆体中加入所述改性剂，以500-800转/分的速度搅拌20-30分钟，即得到所述的改性二氧化硅气凝胶浆体。
3.一种二氧化硅气凝胶复合玻璃棉纤维针刺毡的制备方法，其特征在于，将改性二氧化硅气凝胶浆体倒入容器中，将玻璃棉纤维针刺毡全部浸润在所述的改性二氧化硅气凝胶浆体中，20-40分钟后取出玻璃棉纤维针刺毡置于隔板上，待不再有浆体流出后，在30-80℃的温度下将浸润二氧化硅气凝胶浆体的玻璃棉纤维针刺毡烘干24-48小时至完全干燥，即得到所述的二氧化硅气凝胶改性外保温用玻璃棉纤维针刺毡；
所述改性二氧化硅气凝胶浆体的原料包括二氧化硅气凝胶、改性剂、表面活性剂和溶剂，所述各原料的重量分数比为：
二氧化硅气凝胶4-30
改性剂2-10
表面活性剂9-15
溶剂40-70。
4.根据权利要求1所述的改性二氧化硅气凝胶浆体，其特征在于，所述溶剂为去离子水或乙醇。
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