CN105541130A - 一种气凝胶复合玻璃制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气凝胶复合玻璃制备方法，包括：制备气凝胶粉体；将气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块；将气凝胶粉体封装块设置在两块平板玻璃之间，并在两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封。本发明的气凝胶复合玻璃制备方法，采用的工艺技术安全、简便和高效，气凝胶粉体成本较低，具有高透光率、低导热系数和低成本等多重优势，实现了气凝胶玻璃性能的多层次化，可以大幅降低气凝胶玻璃的制造成本。

Description

一种气凝胶复合玻璃制备方法

技术领域

本发明涉及建筑节能玻璃技术领域，具体涉及一种气凝胶复合玻璃制备方法。

背景技术

近年来我国建筑业快速发展，建筑能耗达到全社会总能耗的30％，随着经济和社会的发展，这个比例还将不断增长。而在建筑能耗中，通过玻璃门窗造成的能耗占到了建筑总能耗的50％左右。因此,实现建筑节能的重点是提高玻璃的节能性。现有的节能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃和low-e玻璃等。例如，中空玻璃是将2片或多片普通玻璃(low-e玻璃)以有效支撑均匀隔开并对周边粘接密封,使玻璃层之间形成有干燥气体的空腔,其内部形成了一定厚度的被限制了流动的气体层。由于这些气体的导热系数远远小于玻璃材料的导热系数,因此具有较好的隔热能力。真空玻璃的结构类似于中空玻璃,不同之处是真空玻璃空腔内的气体非常稀薄,近乎真空。其隔热原理就是利用真空构造隔绝了热传导,传热系数很低。中空玻璃和真空都具有较好的保温性能，但遮阳系数较差，太阳光可以直射进入室内，造成室内明暗反差大，居住舒适感较差。其次，真空玻璃制备工艺较为复杂、成本高，限制了该类玻璃的大量使用。虽然现有技术中也有采用气凝胶玻璃替代传统玻璃，但现有的气凝胶玻璃具有工艺复杂、周期长，以及粉体低透光率、高导热系数等弊端。

气凝胶(aerogel)是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。气凝胶独特的纳米结构使得它具有许多的特性，如低热导率、低声速、低密度和高比表面积等，具有优异的隔热、隔音性能的材料。气凝胶玻璃是新型节能环保绿色建材，克服了传统玻璃的缺点。1.由于气凝胶的对光线具有散射作用，使得室内光线更为均匀，避免了太阳光直射；2.气凝胶是导热系数最低的材料，气凝胶玻璃具有极低的传热系数，节能效果明显；3.气凝胶玻璃具有优良的隔音性能，使得居住环境更为舒适；4.气凝胶具有强疏水性，可降低室内的湿度；5.气凝胶的化学稳定性好，可回收利用，是极好的环保材料；6.气凝胶玻璃通过结构设计具有独特的美感。气凝胶玻璃具有如此多的优点，是优异的建筑节能材料，将会大量应用在被动房等各类节能建筑中。但现有的气凝胶玻璃普遍存在制造工艺复杂、制造成本高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气凝胶复合玻璃制备方法，能够解决上述问题。

一种气凝胶复合玻璃制备方法，包括：制备气凝胶粉体；将所述气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块；将气凝胶粉体封装块设置在两块平板玻璃之间，并在所述两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述制备气凝胶粉体包括：将水玻璃用去离子水稀释并搅拌，得到水玻璃溶液；配制含有醇的酸溶液，将所述水玻璃溶液加入到所述酸溶液内形成混合溶液，将所述混合溶液的PH值调节到凝胶所需的PH值；在所述混合溶液中产生凝胶后静置老化；对所述凝胶使用酸和醇的混合溶液浸泡，完成溶剂交换处理；采用疏水改性剂对完成所述溶剂交换处理的所述凝胶进行改性处理；对完成所述改性处理后的所述凝胶进行干燥处理，获取所述气凝胶粉末。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，其中，所述水玻璃的模数为3.1～3.6，浓度为35～40％，所述水玻璃与所述去离子水的体积比为1:3～10；所述含有醇的酸溶液的酸为不含氯离子和氟离子的无机酸或有机酸的一种或几种；其中，所述无机酸包括含氧酸、无氧酸、络合酸；所述有机酸包括羧酸、磺酸、亚磺酸、硫羧酸；所述混合溶液的PH值的范围为3.5～5.5。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述水玻璃与所述去离子水的体积比为1:3～5；所述无机酸包括：硫酸、磷酸；所述有机酸包括：草酸、乙酸、甲酸、丙酸、正丁酸、正戊酸；所述含有醇的酸溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇或丙烯醇。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述酸和醇的混合溶液中酸的浓度为10％～40％，所述酸和醇的混合溶液体积是所述凝胶体积的1～4倍；所述疏水改性剂为不含氯离子和氟离子的具有硅甲基结构的有机硅防水剂；所述干燥处理包括：常压烘干、微波真空干燥处理。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述的疏水改性剂为六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷或三甲基甲氧基硅烷；所述的常压干燥包括热风干燥和红外干燥，热风干燥的干燥介质为空气、氮气或二氧化碳；所述的微波真空干燥，干燥前将用于进行干燥的设备的真空度设置为低于100托。

根据本发明的一个实施例，进一步的，其特征在于，将所述气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块。包括：选取气凝胶粉体，将气凝胶粉体以抽气充填的方式加入到所述两片封装平板围成的空间内，生成所述气凝胶粉体封装块；在填充的过程中，抽气和机械振实同时进行；其中，所述两片封装平板相对设置，构成所述封装框架，在气凝胶粉体填充后，将封装框架密封。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述气凝胶粉体的粒径0.5～4mm，体积密度80～150mg/cm³，比表面积大于800m²/g；；所述两片封装平板可以为超白玻璃、聚碳酸酯玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃中的任意一种。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述将气凝胶粉体封装块放置在两块平板玻璃之间、并在所述两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封。

将所述气凝胶粉体封装块的边框与铝框接合，并置入两块平板玻璃之间；设置好两块平板玻璃之间的间隙宽度，采用丁基胶和密封胶将所述两块平板玻璃的周边封固，生成整体玻璃。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述两块平板玻璃都为浮法玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、夹胶玻璃中的一种；所述两块平板玻璃的厚度都为3～15mm；所述的密封胶为聚硫橡胶、硅酮胶和双组分聚氨酯中的一种

本发明的气凝胶复合玻璃制备方法，采用的工艺技术安全、简便和高效，气凝胶粉体成本较低，具有高透光率、低导热系数和低成本等多重优势，实现了气凝胶玻璃性能的多层次化；将大幅降低气凝胶玻璃的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的气凝胶复合玻璃制备方法的一个实施例生产的气凝胶复合玻璃的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种气凝胶复合玻璃的制备方法，包括：制备气凝胶粉体；将气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块；气凝胶粉体封装块可以根据需求设计为多种形状，例如，为方形、圆形等。将气凝胶粉体封装块设置在两块平板玻璃之间，并在两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封，密封条可以为橡胶、玻璃等。

本发明采用气凝胶粉体填充技术，封装工艺简单，效率高。气凝胶粉体的制备采用本常压干燥技术，工艺安全、简便，生产效率高，成本低廉，具有高透光率和低导热系数。气凝胶粉体填充绝热玻璃将促进该类玻璃的工厂生产和市场销售。

实施例1：

气凝胶粉体的制备：

称取模数3.6的钠水玻璃80g，加入纯水80g搅拌均匀，得到稀释水玻璃。

称取10wt％磷酸100g，加入20g乙醇，将酸醇液和水玻璃稀释液混合，调节PH，直到达到5，将溶胶倒入塑料模具中，溶胶将在30min后凝胶，然后50℃静置3h。接着用1000ml5％磷酸的乙醇溶液对凝胶进行溶剂交换，50℃处理5小时。

将完成酸化的凝胶置入1000ml的六甲基二硅氮烷中，室温下处理，6h内即可完成，将湿凝胶进行常压氮气干燥，30min内干燥完成。

气凝胶粉体的封装：

选取粒径2～4mm，体积密度100～150mg/cm³的气凝胶粉体，以抽气充填的方式加入到两片封装塑料中，抽气和机械振实同时进行。

气凝胶玻璃的密封：

将气凝胶粉体封装块置入两块超白平板玻璃之间，根据需求，设置好间隙宽度，用丁基胶和密封胶封固即可制成整体玻璃。

通过上述的气凝胶复合玻璃的制备方法生产的气凝胶复合玻璃如图1所示，包括：平板玻璃1、气凝胶粉体2、气凝胶粉体封装块3和密封条4。测试结果显示，测试结果显示，采用此方法生产出的气凝胶复合玻璃的可见光透过率为70～75％，太阳光总透射比为75～92％，热传递系数U＝0.7～0.9W/m²·k。

实施例2

气凝胶粉体的制备：

取模数3.1的钾水玻璃68g，加入纯水100g搅拌均匀，得到稀释水玻璃。称取20wt％硫酸100g，加入20g乙醇，搅拌均匀。将两个溶液混合，调节PH，直到达到5，将溶胶倒入塑料模具中，溶胶将在20min后凝胶，然后50℃静置1.5h。

接着用1500ml10％硫酸的乙醇溶液对凝胶进行溶剂交换，50℃处理5小时。将完成酸化的凝胶置入1000ml的二甲基二甲氧基硅烷中，室温下处理，6h内即可完成，将湿凝胶进行微波真空干燥，30min内干燥完成。

气凝胶粉体的封装：

选取粒径0.5～2mm，体积密度80～100mg/cm³的气凝胶粉体，以抽气充填的方式加入到两片封装塑料中，抽气和机械振实同时进行。

气凝胶玻璃的密封：

将气凝胶粉体封装块置入两块聚碳酸酯平板玻璃之间，根据需求，设置好间隙宽度，用丁基胶和密封胶封固即可制成整体玻璃。测试结果显示，采用此方法生产出的气凝胶复合玻璃的可见光透过率为70～75％，太阳光总透射比为75～92％，热传递系数U＝0.7～0.9W/m²·k。

本发明的气凝胶复合玻璃制备方法，采用常压干燥技术，以水玻璃为原料，凝胶经溶剂交换后，一体化除盐、改性，工艺简便、高效。通过大量实验验证，筛选出最适宜于节能玻璃的气凝胶粉体参数，粒径为0.5～4mm，体积密度80～150mg/cm³，比表面积≥800m²/g。将气凝胶粉体封装在两片平板之间，然后安装在中空玻璃内，该结构加工简便，隔热效果好。将气凝胶粉体封装片和不同种类外部平板玻璃结合，实现了产品性能、功能的多样性，可满足不同类型客户的需求。

本发明的气凝胶复合玻璃制备方法，具有下述的有益效果：

采用常压干燥技术，不同于传统高温高压的超临界方法，该工艺安全、简便和高效，气凝胶粉体成本较低，更适宜于工业化生产；

适用于气凝胶玻璃的高性能粉体，具有高透光率、低导热系数和低成本等多重优势，将粉体性能与气凝胶玻璃整体性能整合为一体，实现了气凝胶玻璃性能的多层次化；

采用粉体填充法制备高效透光、隔热的气凝胶玻璃，不同于传统的气凝胶块体封装法，该工艺高效、简便，将大幅降低气凝胶玻璃的制造成本，更有利于气凝胶玻璃的市场推广。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于，包括：

制备气凝胶粉体；

将所述气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块；

将气凝胶粉体封装块设置在两块平板玻璃之间，并在所述两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封。

2.如权利要求1所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于，所述制备气凝胶粉体包括：

将水玻璃用去离子水稀释并搅拌，得到水玻璃溶液；

配制含有醇的酸溶液，将所述水玻璃溶液加入到所述酸溶液内形成混合溶液，将所述混合溶液的PH值调节到凝胶所需的PH值；

在所述混合溶液中产生凝胶后静置老化；

对所述凝胶使用酸和醇的混合溶液浸泡，完成溶剂交换处理；

采用疏水改性剂对完成所述溶剂交换处理的所述凝胶进行改性处理；

对完成所述改性处理后的所述凝胶进行干燥处理，获取所述气凝胶粉末。

3.如权利要求2所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，其中，所述水玻璃的模数为3.1～3.6，浓度为35～40％，所述水玻璃与所述去离子水的体积比为1:3～10；

所述含有醇的酸溶液中的酸为不含氯离子和氟离子的无机酸或有机酸的一种或几种；

其中，所述无机酸包括含氧酸、无氧酸、络合酸；所述有机酸包括羧酸、磺酸、亚磺酸、硫羧酸；

所述混合溶液的PH值的范围为3.5～5.5。

4.如权利要求3所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述水玻璃与所述去离子水的体积比为1:3～5；

所述无机酸包括：硫酸、磷酸；所述有机酸包括：草酸、乙酸、甲酸、丙酸、正丁酸、正戊酸；

所述含有醇的酸溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇或丙烯醇。

5.如权利要求2所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述酸和醇的混合溶液中酸的浓度为10％～40％，所述酸和醇的混合溶液体积是所述凝胶体积的1～4倍；

所述疏水改性剂为不含氯离子和氟离子的具有硅甲基结构的有机硅防水剂；

所述干燥处理包括：常压烘干、微波真空干燥处理。

6.如权利要求5所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述疏水改性剂为六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲基氧硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷或三甲基甲氧基硅烷；

所述的常压干燥包括热风干燥和红外干燥，热风干燥的干燥介质为氮气或二氧化碳；所述的微波真空干燥，干燥前将用于进行干燥的设备的真空度设置为低于100托。

7.如权利要求1或2所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于，将气凝胶粉体封装在透明的封装框架内，生成气凝胶粉体封装块包括：

选取气凝胶粉体，将气凝胶粉体以抽气充填的方式加入到所述两片封装平板围成的空间内，生成所述气凝胶粉体封装块；在填充的过程中，抽气和机械振实同时进行；

其中，所述两片封装平板相对设置，构成所述封装框架，在气凝胶粉体填充后，将封装框架密封。

8.如权利要求7所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述气凝胶粉体的粒径0.5～4mm，体积密度80～150mg/cm³，比表面积大于800m²/g；

所述两片封装平板可以为超白玻璃、聚碳酸酯玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃中的任意一种。

9.如权利要求1所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于，所述将气凝胶粉体封装块放置在两块平板玻璃之间、并在所述两块平板玻璃的周边采用密封条和密封胶固定、密封包括：

将所述气凝胶粉体封装块的边框与铝框接合，并置入两块平板玻璃之间；

设置好两块平板玻璃之间的间隙宽度，采用丁基胶和密封胶将所述两块平板玻璃的周边封固，生成整体玻璃。

10.如权利要求9所述的气凝胶复合玻璃制备方法，其特征在于：

所述两块平板玻璃都为浮法玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、夹胶玻璃中的一种；所述两块平板玻璃的厚度都为3～15mm；所述的密封胶为聚硫橡胶、硅酮胶和双组分聚氨酯中的一种。