CN106007635A - 一种表面无尘处理的气凝胶复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面无尘处理的气凝胶复合材料及其制备方法，特别涉及以气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶筒体和气凝胶异形件为基材，在基材表面涂覆致密涂层，从而避免气凝胶表面粉尘脱落。该方法简单易行，可有效解决气凝胶材料表面易产生粉尘的问题，显著改善作业环境，还能满足气凝胶在洁净空间的使用条件。本采用不同配比组成，可以获得刚性和柔性两种涂层，还可以获得高温和低温两种应用，无机成膜剂和有机成膜剂复合配比，还能同时兼顾柔韧性和防火性，显著提升涂层膏体对不同类型气凝胶材料的适应性。本发明无尘处理气凝胶除可以应用于各类工业设备及管道的保温，还可以应用于高铁、舰艇、电子及医药车间和建筑领域的隔热保温。

Description

一种表面无尘处理的气凝胶复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种表面无尘处理的气凝胶复合材料及其制备方法，特别涉及以气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶筒体和气凝胶异形件为基材，在基材表面涂覆致密涂层，从而避免气凝胶表面粉尘脱落。该方法简单易行，可有效解决气凝胶材料表面易产生粉尘的问题，显著改善作业环境，还能满足气凝胶在洁净空间的使用条件。本发明无尘处理气凝胶除可以应用于各类工业设备及管道的保温，还可以应用于高铁、舰艇、电子及医药车间和建筑领域的隔热保温。

背景技术

气凝胶是一种新型纳米绝热材料，1931年由美国Kistler.S.发明，又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”，被成为改变世界的神奇材料，列为20世纪90年代以来10大热门科学技术之一，是具有巨大应用价值的军民两用技术。

气凝胶具有以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，孔隙率高达80～99.8％，密度可低达0.003g/cm³，室温导热系数可低达0.013w/(m·k)，使用温度可达1300℃，是迄今为止最轻的固体材料和绝热性能最好的材料，被称为超级绝热材料，可广泛用于各领域的绝热保温。

但是气凝胶材料，尤其是硅气凝胶、铝气凝胶等无机气凝胶材料，因性脆表面极易破碎产生粉尘，由于气凝胶密度极低，产生粉尘悬浮于空气中，造成施工人员作业环境恶劣，同时也限制了在气凝胶在电子、医药等有较高洁净度要求的场所的应用。

为解决粉尘问题对气凝胶材料使用的困扰，本发明提出了一种对气凝胶表面进行无尘化处理的制备方法及其产品。

发明内容

一种表面无尘处理的气凝胶复合材料，及制备过程包括以下几个步骤：

（1）配置涂层膏料。

将成膜剂、成膜助剂、填料、增强纤维、功能粉料和外加剂搅拌混合，得到粘稠涂层膏料。

所述的所述涂层膏料，其物料质量分数比是成膜剂：成膜助剂：填料：增强纤维：功能粉料：外加剂=10~:1000：0~100:1~1000:0~100:0~100:0.01~10；优选成膜剂：成膜助剂：填料：增强纤维：功能粉料：外加剂=50~200：1~100:5~200:1~50:5~200:0.01~5；

所述成膜剂包括无机成膜剂和有机成膜剂中的一种或几种。

所述无机成膜剂包括硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、锆溶胶、硅酸钾、硅酸钠、硅酸乙酯、磷酸二氢铝、磷酸铝、硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、石膏和石灰中的一种或几种。优选硅溶胶、铝溶胶、硅酸钠、磷酸二氢铝、硅酸盐水泥和石膏。

所述有机成膜剂为水性或油性的有机树脂，包括丙烯酸树脂、硅丙树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚乙烯醇树脂、沥青玛蹄脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的一种或几种。优选丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂。

所述的成膜助剂包括水、乙醇、丙酮、二甲苯中一种或几种。

所述填料包括粉煤灰、高炉矿渣、火山灰、沸石粉、蛭石粉、硅灰、硅微粉、玻璃粉、氧化铝粉、硅藻土、膨润土、凹凸棒石粘土、稻壳灰、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。

所述的增强纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、木纤维、纤维素纤维、海泡石纤维、水镁石纤维中的一种或几种；

所述功能粉料包括红外反射粉料、红外辐射粉料和颜料中的一种或几种。

所述红外反射粉料包括玻化微珠、漂珠、氧化硅空心珠、氧化铝空心珠、氧化锆空心珠、硅酸铝空心微珠、云母、铝粉中的一种或几种。

所述红外辐射粉料包括炭黑、氧化铁、氧化钛、偏钛酸、硫酸氧钛、钛酸锆、六钛酸钾晶须、氮化钛、氧化锆、硅酸锆、碳化锆、碳化硅、碳化硼、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化镍、氧化铈、氧化铽中的一种或几种。

所述颜料包括氧化铁红、炭黑、氧化钛粉、红丹、锌铬黄中的一种或几种。

所述外加剂包括防水剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂中的一种或几种。

（2）将涂层涂覆在气凝胶基材表面。

所述是气凝胶基材为气凝胶与纤维的复合材料，包括气凝胶毯、气凝胶板、气凝胶筒体和气凝胶异形件。

所述涂覆方式包括刷涂、喷涂、刮涂。

（3）涂层干燥。

涂层的干燥方式包括自然干燥、热风干燥、微波干燥。

本发明中采用无机成膜剂时，能够获得较高强度的涂层，有助于提高气凝胶复合材料的强度，同时无机成膜剂防火不燃，可以提高气凝胶复合材料防火性能和在高温下耐久性。涂层中的红外反射粉料和红外辐射粉料可以进一步提高气凝胶复合在高温下隔热性能。特别是水泥等传统胶凝材料的引入，不仅显著降低涂层膏料成本，还有利于提升气凝胶复合材料与其他建筑材料工艺相容性，有利于气凝胶材料在建筑节能领域大规模应用。

本发明中采用有机成膜剂时，可以获得较高弹性涂层，特别适用于柔性较好的气凝胶毯，同时因有机膜往往有良好的气密性，可以防止低温下水汽结露，特别适合气凝胶材料在低温下绝热应用。

本发明中无机成膜剂和有机成膜剂复合配比时，可以获得同时具有一定弹性和优良防火性能的涂层，特别适用于柔性气凝胶毯在高温管道和其他不规则曲面的保温。

本发明中的增强纤维可以提高涂层牢固程度和抗裂能力。

本发明中添加剂可以提高涂层膏料涂覆的和易性，有助于获得均匀、致密、平整的涂层结构。

有益效果。

与现有技术相比，本发明制备的气凝胶材料具有以下显著优势。

（1）本发明制备的无尘处理的气凝胶纤维复合材料，不掉粉不开裂，完美保持了处理前气凝胶材料优异的隔热性能，导热系数0.017~0.025w/m·k。

（2）本发明制备的无尘处理的气凝胶纤维复合材料，涂层膏体原料来源广泛，配比多样易行，成本低廉，利于推广。特别是水泥等传统胶凝材料的引入，不仅显著降低涂层膏料成本，还有利于提升气凝胶复合材料与其他建筑材料工艺相容性，有利于气凝胶材料在建筑节能领域大规模应用。

（3）本发明制备的无尘处理的气凝胶纤维复合材料，采用不同配比组成，可以获得刚性和柔性两种涂层，还可以获得高温和低温两种应用，无机成膜剂和有机成膜剂复合配比，还能同时兼顾柔韧性和防火性，显著提升涂层膏体对气凝胶毯、气凝胶板、气凝胶筒体和异形件等不同类型产品的适应性。

（4）本发明制备的无尘处理的气凝胶纤维复合材料，可以有效解决气凝胶表面的掉粉问题，极大改善了气凝胶材料在使用过程的作业环境，还能满足气凝胶在洁净空间的使用条件除可以应用于各类工业设备及管道的保温，还可以应用于高铁、舰艇、LNG、电子及医药车间和建筑领域的隔热保温。

具体实施方式

下面提供了二氧化硅气凝胶材料的具体实施方式，作为对本发明进一步详细说明。

实施例1。

取模数3.3的硅酸钠180g、水5g、凹凸棒石粘土60g、水镁石纤维10g、氧化钛55g、云母10g、、润湿剂0.5g，混合搅拌制得粘稠涂层膏料，将涂层膏料用刷子涂覆于氧化铝气凝胶筒体表面，微波干燥30min，得到刚性无尘处理气凝胶材料导热系数为0.019w/m·k。

实施例2。

取普通硅酸盐水泥200g、水65g、硅灰60g、玄武岩纤维16g、增稠剂1g，混合搅拌制得粘稠涂层膏料，将涂层膏料用刮刀刮涂于二氧化硅气凝胶板表面，自然干燥96h，在80℃热风干燥1.5h，得到刚性无尘处理气凝胶材料导热系数为0.019w/m·k。

实施例3。

取水性环氧树脂树脂120g、水100g、高岭土200g、聚酯纤维12g、氧化铁红5g、消泡剂0.5g，混合搅拌制得粘稠涂层膏料，将涂层膏料通过喷涂涂覆于二氧化硅气凝胶毡表面，在80℃热风干燥2h，得到柔性无尘处理气凝胶材料导热系数为0.018w/m·k。

实施例4。

取浓度30%的铝溶胶100g、水性聚氨酯树脂50g、玻璃粉60g、纤维素纤维13g，玻化微珠6g、防水剂0.8g，混合搅拌制得粘稠涂层膏料，将涂层膏料通过刮刀刮涂于二氧化硅气凝胶异形件表面，在80℃热风干燥2h，得到柔性无尘处理气凝胶材料导热系数为0.018w/m·k。

实施例5。

取油性有机硅耐高温树脂150g、二甲苯100g、 膨润土200g、碳纤维8g、炭黑5g、消泡剂0.5g，混合搅拌制得粘稠涂层膏料，将涂层膏料通过喷涂涂覆于二氧化硅气凝胶毡表面，在80℃热风干燥2h，得到柔性无尘处理气凝胶材料导热系数为0.017w/m·k。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。

Claims (7)

1.一种表面无尘处理的气凝胶复合材料，其特征是制备过程包括以下几个步骤：

（1）配置涂层膏料；

将成膜剂、成膜助剂、填料、增强纤维、功能粉料和外加剂搅拌混合，得到粘稠涂层膏料；

所述的所述涂层膏料，其物料质量分数比是成膜剂：成膜助剂：填料：增强纤维：功能粉料：外加剂=10~:1000：0~100:1~1000:0~100:0~100:0.01~10；

所述成膜剂包括无机成膜剂和有机成膜剂中的一种或几种；

所述无机成膜剂包括硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、锆溶胶、硅酸钾、硅酸钠、硅酸乙酯、磷酸二氢铝、磷酸铝、硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、石膏和石灰中的一种或几种；

所述有机成膜剂为水性或油性的有机树脂，包括丙烯酸树脂、硅丙树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚乙烯醇树脂、沥青玛蹄脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的一种或几种；

所述的成膜助剂包括水、乙醇、丙酮、二甲苯中一种或几种；

所述填料包括粉煤灰、高炉矿渣、火山灰、沸石粉、蛭石粉、硅灰、硅微粉、玻璃粉、氧化铝粉、硅藻土、膨润土、凹凸棒石粘土、稻壳灰、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种；

所述的增强纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、木纤维、纤维素纤维、海泡石纤维、水镁石纤维中的一种或几种；

所述功能粉料包括红外反射粉料、红外辐射粉料和颜料中的一种或几种；

所述红外反射粉料包括玻化微珠、漂珠、氧化硅空心珠、氧化铝空心珠、氧化锆空心珠、硅酸铝空心微珠、云母、铝粉中的一种或几种；

所述红外辐射粉料包括炭黑、氧化铁、氧化钛、偏钛酸、硫酸氧钛、钛酸锆、六钛酸钾晶须、氮化钛、氧化锆、硅酸锆、碳化锆、碳化硅、碳化硼、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化镍、氧化铈、氧化铽中的一种或几种；

所述颜料包括氧化铁红、炭黑、氧化钛粉、红丹、锌铬黄中的一种或几种；

所述外加剂包括防水剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂中的一种或几种；

（2）将涂层涂覆在气凝胶基材表面；

所述是气凝胶基材为气凝胶与纤维的复合材料，包括气凝胶毯、气凝胶板、气凝胶筒体和气凝胶异形件；

所述气凝胶成分包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳气凝胶和有机气凝胶；

所述涂覆方式包括刷涂、喷涂、刮涂；

（3）涂层干燥；

涂层的干燥方式包括自然干燥、热风干燥、微波干燥。

2.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述的所述涂层膏料其物料质量分数比，优选成膜剂：成膜助剂：填料：增强纤维：功能粉料：外加剂=50~200：1~100:5~200:1~50:5~200:0.01~5。

3.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述的无机成膜剂，优选硅溶胶、铝溶胶、硅酸钠、磷酸二氢铝、硅酸盐水泥和石膏中的一种或几种。

4.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述有机树脂，优选硅丙树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、沥青玛蹄脂和有机硅树脂中的一种或几种。

5.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述填料，优选硅灰、膨润土、凹凸棒石粘土、高岭土、滑石粉、碳酸钙中的一种或几种。

6.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述增强纤维，优选玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、木纤维、纤维素纤维、水镁石纤维中的一种或几种。

7.权利要求1所述的二氧化硅气凝胶材料，其特征是步骤（1）所述功能粉料，优选玻化微珠、云母、炭黑、氧化铁、氧化钛、锌铬黄中的一种或几种。