CN106926332A - 一种气凝胶复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种气凝胶复合板及其制备方法属于复合板制备技术领域；本发明为了解决技术中的气凝胶复合木材热稳定性和力学性能方面还不能达到所需要求的问题；本发明包括木材和附着在木材外部的气凝胶，气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为1%‑3.5%；本发明导致复合板材在耐水性、抗紫外性和热稳定性方便有优异的表现。

Description

一种气凝胶复合板及其制备方法
技术领域
一种复合板及其制备方法属于复合板技术领域，主要涉及一种气凝胶复合板及其制备方法。
背景技术
气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结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-。气凝胶材料的比表面积可达600-10000m2g-1，孔洞尺寸一般在10-100nm之间。气凝胶是最轻的凝聚态固体材料，源于其独特的纳米结构，气凝胶具有很多特殊的性质。
气凝胶是目前世界上密度最小的固体材料，而密度变化范围可达3600kg-m-3，其介电常数。为1.008，是目前介电常数最低的块状固体材，热导率在0.0120.018W·m-1·K-1’范围内，是世界上热导率最低的固体，具有异常强大的隔热功能[12]。在适当的条件下制备得到的Si02气凝胶具有良好的透光度，并能阻止环境温度的热辐射，其杨氏模量为1护N.m-2数量级，比相应非孔性玻璃态材料低4个数量级，一块一寸厚的Si0:气凝胶，相当20至30块普通玻璃的隔热功能。另外，气凝胶还具有连续可调的密度、低弹性模量及典型的分形结构等。气凝胶在许多应用领域已显示出广阔的应用前景；
木材是天然的多孔性生物材料，木材的空洞尺寸分布很广，将木材与气凝胶两类
多孔性材料的优点相结合，利用气凝胶结构中纳米尺度的无机和有机微粒来制备木材一
无机(有机)纳米复合材料是木材功能性改良的重要途径之一。将有机气凝胶均匀地嵌
入木材的细胞空隙中(细胞壁空隙及细胞腔)，探讨气凝胶与木材结合的途径、方式和
机理，可以有效地解决气凝胶在实际应用方面存在的一些缺陷；同时也赋予木材新的功
能，使木材功能性改良体现木材和纳米材料的双重优点，具有十分诱人的应用前景，但现有技术中的气凝胶复合木材热稳定性和力学性能方面还不能达到所需要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种气凝胶复合板及其制备方法，大大提高了复合板的热稳定性，并且使其力学性能的各个指标得以提升。
本发明的目的是这样实现的：
一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为1%-3.5%。
所述木材的密度范围在0.1g/ m3-0.3g m3之间。
所述气凝胶的粘度范围为480mpa.s-500mpa.s。
所述碳纳米管的含量范围为0.25%-0.58%。
一种气凝胶复合板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合成所需气凝胶；
步骤二、将木材置于抽真空密封罐内，并在该真空环境下保持30min-40min；
步骤三、向密封罐内注入气凝胶，再进行真空处理；
步骤四、抽出气凝胶胶体；
步骤五、对木材进行老化，干燥。
步骤二所述真空罐的真空度范围为0.03MPa-0.05MPa。
步骤三所述浸注压力范围1.0MPa-2MPa，保压时间1h。
步骤三所述真空处理的真空度范围为0.05MPa-1MPa，抽真空时间为8min-15min。
步骤五所述老化干燥过程包括：将所得的复合木材放入95℃的恒温水静置胶化反应20h后取出浸泡在稀酸溶液中，保持40-50℃恒温水浴中保温48小时进行老化；利用丙酮交换至含水量为6000ppm；利用超临界Co2流体进行干燥。
所述气凝胶的制备方法包括：制备SiO2溶胶；制备三聚氰胺透明胶体；将SiO2溶胶、碳纳米管与三聚氰胺透明胶体混合，得到混合凝胶；将混合凝胶进行老化、通过多次的溶液置换，得到SiO2掺杂三聚氰胺凝胶；进行干燥。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶混合的溶胶在木材表面形成网状结构，通过浸注加压，使气凝胶与木材通过物理填充和化学键结合力两种方式在木材表面形成凝胶膜，导致复合板材在耐水性、抗紫外性和热稳定性方便有优异的表现。
附图说明
图1本发明各个实施例的TG曲线，图中为实施例一的曲线，为实施例二的曲线，为实施例三的曲线，为实施例四的曲线，为实施例五的曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
实施例一：本实施例的一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为1%，碳纳米管的含量范围为0.25%。
所述木材的密度为0.12g/ m3。
所述气凝胶的粘度范围为480mpa.s。
气凝胶复合板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、利用无水乙醇、氨水、正硅酸乙酯混合，60℃下搅拌，制得SiO2溶胶；将三聚氰胺和甲醛按照1:4的物质量比混合，在40℃环境下搅拌形成透明胶体；将SiO2溶胶、碳纳米管与三聚氰胺透明胶体混合，得到混合凝胶；将混合凝胶以一定的加热率加热到70℃，并保持该温度下持续搅拌2h，随后将呼和溶胶置于95℃的恒温水浴锅中进行凝胶；将所得凝胶在8%的乙酸中老化处理50小时，随后将凝胶置于丙酮中进行溶剂交换，交换六次，交换时间分别为8h、9h、10h、11h、12h、13h，最后进行超临界烦躁。
步骤二、将木材置于抽真空密封罐内，所述真空罐的真空度范围为0.03MPa并在该真空环境下保持30min；
步骤三、向密封罐内注入气凝胶，所述浸注压力范围1.0MPa，保压时间1h再进行真空处理，所述真空处理的真空度范围为0.08MPa，抽真空时间为10min；
步骤四、抽出气凝胶胶体；
步骤五、将所得的复合木材放入95℃的恒温水静置胶化反应20h后取出浸泡在4%稀酸溶液中，保持50℃恒温水浴中保温50小时进行老化；利用丙酮交换至含水量为6000ppm；利用超临界Co2流体进行干燥。
实施例二：本实施例的一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为1.5%，碳纳米管的含量范围为0.3%。
实施例三：本实施例的一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为3.5%，碳纳米管的含量范围为0.5%。
实施例四：本实施例的一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为10%，碳纳米管的含量范围为2%。
实施例五：本实施例的一种气凝胶复合板，包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为0.05%，碳纳米管的含量范围为0.001%。
所述实施例的导热系数如下表所示：
实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五 未复合木材
导热系数 0.042 0.026 0.033 0.035 0.051 0.15

Claims (10)

1.一种气凝胶复合板，其特征在于：包括木材和附着在木材外部的气凝胶，所述气凝胶由SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合而成，SiO2溶胶的含量范围为1%-3.5%。
2.根据权利要求1所述一种气凝胶复合板，其特征在于：所述木材的密度范围在0.1g/m3-0.3g m3之间。
3.根据权利要求1所述一种气凝胶复合板，其特征在于：所述气凝胶的粘度范围为480mpa.s-500mpa.s。
4.根据权利要求1所述一种气凝胶复合板，其特征在于：所述碳纳米管的含量范围为0.25%-0.58%。
5.一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将SiO2溶胶、碳纳米管和三聚氰胺溶胶复合成所需气凝胶；
步骤二、将木材置于抽真空密封罐内，并在该真空环境下保持30min-40min；
步骤三、向密封罐内注入气凝胶，再进行真空处理；
步骤四、抽出气凝胶胶体；
步骤五、对木材进行老化，干燥。
6.根据权利要求5所述一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：步骤二所述真空罐的真空度范围为0.03MPa-0.05MPa。
7.根据权利要求5所述一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：步骤三所述浸注压力范围1.0MPa-2MPa，保压时间1h。
8.根据权利要求5所述一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：步骤三所述真空处理的真空度范围为0.05MPa-1MPa，抽真空时间为8min-15min。
9.根据权利要求5所述一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：步骤五所述老化干燥过程包括：将所得的复合木材放入95℃的恒温水静置胶化反应20h后取出浸泡在稀酸溶液中，保持40-50℃恒温水浴中保温48小时进行老化；利用丙酮交换至含水量为6000ppm；利用超临界Co2流体进行干燥。
10.根据权利要求5所述一种气凝胶复合板的制备方法，其特征在于：所述气凝胶的制备方法包括：制备SiO2溶胶；制备三聚氰胺透明胶体；将SiO2溶胶、碳纳米管与三聚氰胺透明胶体混合，得到混合凝胶；将混合凝胶进行老化、通过多次的溶液置换，得到SiO2掺杂三聚氰胺凝胶；进行干燥。
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