CN105801164A - 复合介孔材料 - Google Patents

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马晶
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Abstract

本发明提供一种复合介孔材料，这种复合介孔材料由介孔材料与粘合剂按重量比20:80—90:10复合而成；或者由介孔材料与纤维按重量比10:90‑90:10复合而成；或者由介孔材料与粘合剂、纤维按重量比1:0.1‑3:0.1‑9复合而成；或者由隔气性膜材或隔气性板材构成真空空间，真空空间内容置介孔材料；复合介孔材料所用介孔材料的孔隙率为40％‑90％。本发明复合介孔材料具有优异的绝热保温性能，导热系数低于0.009W/(m·K)；与现有技术中导热系数相当的绝热材料相比，本发明复合介孔材料结构简单，制造容易，成本减低。

Description

复合介孔材料
本申请是发明名称为“复合介孔材料”的第200910105886.5号中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及材料技术，尤其是一种具有优异绝热效果的复合介孔材料。
背景技术
隔热保温材料可以广泛地应用于各种工业窑炉、暖通设备、建筑、运输车辆和舰船等领域。常见的隔热保温材料有泡沫玻璃、硅酸钙、膨胀珍珠棉、玻璃纤维制品、聚氨酯和可发性聚苯乙烯板等。这些材料的隔热保温原理都基本相同，即在材料中引入比较微小的孔穴；其导热系数通常比较高，均大于0.019W/(m.K)，对于很多使用场合来说这样的隔热保温效果仍然不是非常理想，使需要隔热的设备、管路等在使用过程中损失大量的热源，浪费资源，增加成本。本世纪初，美国MONSANTO公司使用硅气凝胶用于绝热浇注料；后来使用人造纤维或石棉等与硅气凝胶复合，此类纤维复合材料的导热系数可低至0.013W/(m.K)。真空隔热VIP板的隔热性能比较好，其导热系数可以达到3.0mW/(m·K)，但是真空隔热VIP板在制作过程中需要形成较低真空度的真空绝热空间，形成该真空绝热空间成本比较昂贵，在使用过程中要保持该真空绝热空间的真空度也较为困难且代价很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优异绝热效果的复合介孔材料。
为解决上述技术问题，本发明提供一种复合介孔材料，这种复合介孔材料由介孔材料与粘合剂按重量比20:80—90:10复合而成；或者由介孔材料与纤维按重量比10:90-90:10复合而成；或者由介孔材料与粘合剂、纤维三者按重量比1:(0.1-3):(0.1-9)复合而成；或者由隔气性膜材或隔气性板材构成真空空间，真空空间内容置介孔材料；本发明复合介孔材料所用介孔材料的孔隙率为40％-90％。
本发明复合介孔材料所用粘合剂可以是高分子粘合剂和无机粘合剂中的一种或两种的混合。本发明复合介孔材料所用纤维可以是天然纤维、无机纤维或高分子纤维中的一种或一种以上的混合。对于介孔材料和纤维复合的情况，可以将介孔粉末经研磨后与溶剂(如乙醇)配成浆液，将纤维或纤维制品(如布、毡、带、棉等)按照尺寸裁剪好之后直接铺设在容器中，浸泡后抄取已浸有介孔材料的纤维或纤维制品，烘干；可经过多次浸泡-抄取-烘干过程；也可以按上述过程将制备介孔材料的前躯体与纤维或纤维制品复合在一起，然后采用前躯体到介孔材料的工艺过程对该复合体进行处理，得到由介孔材料和纤维构成的复合介孔材料。本发明复合介孔材料具有优异的绝热效果，导热系数低于0.009W/(m·K)。
绝热效果跟绝热材料中的气孔有很大关系。存在于气孔中的空气主要成分为氧气和氮气。本发明复合介孔材料中，孔径尺寸均在50纳米以下，小于氮气和氧气分子运动的自由程，而且介孔材料孔径均匀，孔径分布窄,孔排布有序，因此介孔材料中的空气分子不能对流，介孔的孔内状态与真空非常接近，因而本发明复合介孔材料在隔热保温时的对流传热大幅度降低。当介孔材料与纤维复合，以及介孔材料与粘合剂、纤维复合的情况下，介孔材料本身具有优异的绝热性能，而纤维也是隔热材料；纤维可以对复合材料起到补强作用，纤维的补强作用可降低绝热材料在隔热保温过程中因遭受热应力冲击产生较大孔隙或裂缝从而造成绝热性能降低的可能性；另外，复合材料中的纤维在热传导的路径中相当于在热传导方向上增加了很多个热反射的反射面，这些反射面具有将热量向多个不同方向反射的作用，多个不同方向的热反射使得材料良好的绝热性，因此，介孔材料与纤维复合，以及介孔材料与粘合剂、纤维复合纤维与介孔材料复合之后，所得到的介孔/纤维复合材料具有更优的绝热性能。粘合剂可以为高分子或无机类粘合剂。
复合介孔材料所用介孔材料为杂化的介孔材料。采用杂化的介孔材料可以改善耐高温、耐腐蚀等性能，增强对使用环境的适用性。
复合介孔材料所用介孔材料为经改性处理的介孔材料。改性处理通过材料表面基团的替换可以起到降低导热系数的作用。
经改性处理的杂化材料为经表面改性处理的憎水介孔材料、亲水介孔材料或介孔材料金属螯合物。
复合介孔材料中掺杂有吸气剂和遮光剂中的一种或两种。吸气剂使得介孔中的空气(热传导介质)减少，绝热效果得到进一步改善；可以阻断红外辐射传热。
复合介孔材料由隔气性膜材或隔气性板材构成真空空间，真空空间内容置介孔材料；该复合介孔材料中真空空间的真空度低于30Pa即可，常规真空绝热板(VIP)所要求的真空度为10Pa，相对而言实现该复合介孔材料要求的真空度较为容易，成本也较低，而且可不使用吸气剂。
本发明复合介孔材料可应用于绝热保温材料，具有优异的绝热保温性能。
本发明的有益效果是：本发明复合介孔材料具有优异的绝热保温性能，导热系数低于0.009W/(m·K)；相对于现有技术中导热系数相当的绝热材料，本发明复合介孔材料结构简单，制造容易，成本减低。
具体实施方式
实施例1
使用孔径为5纳米、孔隙率为55％-75％的介孔二氧化硅与环氧树脂(粘合剂)相混合，介孔二氧化硅与环氧树脂重量比为20：80，然后搅拌均匀，可以根据需要放于不同形状模具中，用液压机以5吨压力压成板材，然后固化。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.009W/(m.K)。
实施例2
该实施例与实施例1的区别在于：介孔材料为杂化的介孔氧化铝硅，介孔氧化铝硅的孔径为10纳米、孔隙率为50％-80％，介孔氧化铝硅与环氧树脂的重量比为45:55。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.0085W/(m.K)。
实施例3
该实施例与实施例1的区别在于：介孔材料为改性处理的憎水介孔二氧化硅，憎水介孔二氧化硅的孔径为3纳米、孔隙率为50％-80％，憎水介孔二氧化硅与环氧树脂的重量比为90:10。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.0075W/(m.K)。
实施例4
使用孔径为8纳米、孔隙率为50％-80％的介孔二氧化铁与环氧树脂混合均匀，然后再与长度5厘米以下的玻璃纤维复合，介孔二氧化铁与环氧树脂、玻璃纤维的重量比为1:3:9，搅拌均匀，可以根据需要放于不同形状模具中，用液压机以5吨压力压成板材、毡材或其它型材。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.008W/(m.K)。
实施例5
该实施例与实施例4的区别在于：介孔二氧化铁孔径为20纳米、孔隙率为50％-80％，介孔二氧化铁与环氧树脂、玻璃纤维的重量比为1:0.2:2。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.007W/(m.K)。
实施例6
该实施例与实施例4的区别在于：介孔材料为介孔二氧化硅，介孔二氧化硅的孔径为30纳米、孔隙率为50％-80％，介孔二氧化硅与环氧树脂、玻璃纤维的重量比为1:1:7。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.0085W/(m.K)。
实施例7
该实施例与实施例4的区别在于：介孔二氧化铁孔径为20纳米、孔隙率为50％-80％，介孔二氧化铁与环氧树脂、玻璃纤维的重量比为1:0.1:0.1。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.007W/(m.K)。
实施例8
使用孔径为15纳米、孔隙率为50％-90％的介孔二氧化铝与环氧树脂混合，然后再与玻璃纤维毡复合，然后烘干。介孔二氧化铝与环氧树脂、玻璃纤维毡的重量比为1:1.2:4。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.008W/(m.K)。
实施例9
使用孔径为7纳米、孔隙率为40％-90％，的介孔二氧化硅加入水中，搅拌后通过超声分散于水中，配成重量比为1：15的混合液，将此混合液置于容器中，将玻璃纤维毡浸入，浸泡半小时，抄取充满混合液的玻璃纤维毡，烘干得到纤维介孔复合二氧化硅材料。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.008W/(m.K)。
实施例10
用隔气性薄膜将孔径为30纳米、孔隙率为65％的介孔二氧化钛密封起来，将隔气性薄膜内部空间抽真空后形成高真空的空间，真空度低于30Pa。这样，就形成了这样的复合介孔材料：隔气性膜材构成真空空间，真空空间中充满介孔材料。隔气性薄膜由铝箔和聚合物薄膜复合材料组成。这种复合介孔材料不需要吸气剂，也不必要象真空绝热板(VIP)那样要求极低的真空度(低于10Pa)。
采用稳态平板导热测定法测定导热系数，该复合介孔材料的导热系数为0.002W/(m·K)。
具体实施时，介孔材料也可以采用孔径小于或等于50纳米的孔径不同的介孔材料混合体。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合介孔材料，其特征在于：所述复合介孔材料由介孔材料与粘合剂按重量比20:80-90:10复合而成；或者由介孔材料与纤维按重量比10:90-90:10复合而成；或者由介孔材料与粘合剂、纤维三者按重量比1:0.1-3:0.1-9复合而成；或者由隔气性膜材或隔气性板材构成真空空间，所述真空空间内容置介孔材料；所述复合介孔材料所用介孔材料的孔隙率为40％-90％。
2.根据权利要求1所述的复合介孔材料，其特征在于：所述复合介孔材料所用介孔材料为杂化的介孔材料。
3.根据权利要求1或2所述的复合介孔材料，其特征在于：所述复合介孔材料所用介孔材料为经改性处理的介孔材料。
4.根据权利要求3所述的复合介孔材料，其特征在于：所述经改性处理的杂化材料为经表面改性处理的憎水介孔材料、亲水介孔材料或介孔材料金属螯合物。
5.根据权利要求1或2所述的复合介孔材料，其特征在于：所述复合介孔材料中掺杂有吸气剂和遮光剂中的一种或两种。
6.根据权利要求1或2所述的复合介孔材料，其特征在于：所述复合介孔材料由隔气性膜材或隔气性板材构成真空空间，所述真空空间内容置介孔材料；所述真空空间的真空度低于30Pa。
7.权利要求1-6所述的复合介孔材料在绝热保温材料上的应用。
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