CN108892471A - 一种复合隔热保温毡的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隔热保温材料领域，公开一种复合隔热保温毡的制备方法。取正硅酸酯、乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH4F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；将树脂、引发剂、偶联剂、空心玻璃微珠在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；取三块相同的纤维毡，一块浸渍二氧化硅溶胶A得到纤维毡C，另外两块浸渍浆液B得到纤维毡D；将纤维毡C和D按照D‑C‑D的顺序铺叠，晾干后压制成型，得复合纤维毡，置于真空条件下密封静置；经改性液改性后，用无水乙醇进行溶剂置换，继而干燥处理和热处理，即得复合隔热保温毡。本发明在不影响毡体隔热保温效果的前提下，克服了传统的二氧化硅气凝胶毡掉粉脱落的情况。

Description

一种复合隔热保温毡的制备方法
技术领域
本发明属于隔热保温材料领域，具体涉及一种复合隔热保温毡的制备方法。
背景技术
目前，开发新能源、提高现有能源利用率及节约能源已引起各国的高度重视。我国是一个能源贫瘠的国家，因此，合理利用能源、节约能源对我国社会的可持续发展具有重要的意义。采用新技术、新工艺开发环境友好型的隔热保温材料是节约能源最有效、最经济的措施之一。
SiO2气凝胶作为一种新兴的超级隔热材料，其导热系数极低，远低于常温下静态空气0.25W/m·K的导热系数，具有其他材料无法比拟的隔热保温效果，且密度低、防水阻燃、绿色环保、防腐蚀、不易老化、使用寿命长，被称为超级保温隔热材料。目前主要用于工业管道、工业炉体、救生舱、交通运输、家用电器、玻璃等领域的保温隔热。但是，由于其制备方法的原因，SiO2气凝胶毡在运输、施工和使用过程中普遍存在毡体脱落气凝胶粉的情况，掉粉情况不仅给施工带来了不便，给施工人员健康带来了威胁，同时也会降低气凝胶毡本身的性能。因此在保证气凝胶毡良好的隔热保温性能的前提下，开发一种不掉粉的气凝胶复合材料来保证生产、使用人员的健康，并且满足市场的各种需求是非常必要的。目前研究报道指出空心玻璃微珠是主要的反射隔热功能材料，其具有质轻、低热导率、强度高和良好的化学稳定性等优点，由于其内部为空心，因而密度低、导热系数小，能够很好地反射光、热等的入射波，使之在隔热保温材料方面具有可开发的实用性。将两者结合作为一种复合隔热保温材料有望在各领域得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合隔热保温毡的制备方法，在不影响毡体隔热保温效果的前提下，克服传统的二氧化硅气凝胶毡掉粉脱落的情况，降低气凝胶在储运、安装、使用中的粉尘污染问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种复合隔热保温毡的制备方法，步骤如下：
（1）、取正硅酸酯、乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH4F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；
（2）、按重量份，将树脂2~20份、引发剂0.02~0.05份、偶联剂0.5~5份、空心玻璃微珠100份在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；
（3）、取三块相同的纤维毡，一块浸渍步骤（1）所得二氧化硅溶胶A得到一块纤维毡C，另外两块浸渍步骤（2）所得浆液B得到两块纤维毡D；
（4）、将步骤（3）所得纤维毡C和D按照D-C-D的顺序铺叠，晾干后压制成型，得复合纤维毡；
（5）、将步骤（4）所得复合纤维毡置于真空条件下密封静置；
（6）、将步骤（5）所得复合纤维毡浸渍于改性液中，然后用无水乙醇进行溶剂置换，继而干燥处理；
（7）、将步骤（6）所得复合纤维毡进行热处理，即得复合隔热保温毡；
其中，步骤（1）中：以摩尔比计，正硅酸酯∶乙醇∶水=1∶（4~12）∶（2~4）；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸酯=（0.002~0.01）∶1；氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸酯=（0.005~0.015）∶1；
步骤（6）中，改性液为六甲基二硅氧烷与无水乙醇按摩尔比为1∶（2~5）混合而成的混合液。
较好地，步骤（1）中，所述正硅酸酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
较好地，步骤（2）中，所述树脂为环氧树脂或不饱和树脂，所述不饱和树脂为不饱和聚酯树脂191#、不饱和聚酯树脂197#、乙烯基树脂MFE-2、乙烯基树脂VER-2中的一种或两种以上的混合物。
较好地，所述引发剂为过氧化甲乙酮、环烷酸钴、BPO、AIBN中的一种或两种以上的混合物。
较好地，步骤（2）中，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述空心陶瓷微珠的密度为0.15~0.60 g/cm3。
较好地，步骤（3）中，纤维毡浸渍二氧化硅溶胶A的浸渍时间为12~24 h，纤维毡浸渍浆液B的浸渍时间为6~12 h，既满足了二氧化硅溶胶A的老化过程，又实现了浆液B的固化工艺；步骤（6）中，复合纤维毡浸渍于改性液中12~24 h。
较好地，步骤（4）中，压制成型的压力为0.5~3 MPa。
较好地，步骤（5）中，复合纤维毡置于真空条件下密封静置时，按先20~30 ℃保温2~8h、再40~50 ℃保温2~8 h的工艺进行。
较好地，步骤（6）中，溶剂置换次数为2~3次，每次置换的时间为12~24 h。
较好地，步骤（7）中，热处理的温度为600~650 ℃、时间为0.5~2 h。
本发明中，所述乙醇优选分析纯级别或化学纯级别。
本发明分别将纤维毡浸渍二氧化硅溶胶A与浆液B，通过铺叠层压的方式将二者进行结合，充分发挥了二氧化硅气凝胶毡低密度、防腐蚀、防水阻燃等特性，以及空心玻璃微珠低热导率、高强度的优点，使制备得到的复合隔热保温毡具有极佳的保温隔热性能；同时采用铺叠的方式将浸渍二氧化硅溶胶A的纤维毡置于夹层的位置（相当于将二氧化硅气凝胶毡置于夹层），降低甚至避免了后期复合隔热保温毡使用过程中气凝胶粉的脱落问题。本发明所得复合隔热保温毡在隔热保温领域具有广泛的适用性。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
以下实施例中，所述无水乙醇为分析纯级别。
实施例1
一种复合隔热保温毡的制备方法，步骤如下：
（1）、取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；
（2）、按重量份，将树脂16份、引发剂0.03份、偶联剂1份、空心玻璃微珠100份在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；
（3）、取三块形状和尺寸完全相同的玻璃纤维毡，一块浸渍步骤（1）所得二氧化硅溶胶A20 h得到一块玻璃纤维毡C，另外两块浸渍步骤（2）所得浆液B 8 h得到两块玻璃纤维毡D；
（4）、将步骤（3）所得玻璃纤维毡C和D按照D-C-D的顺序铺叠，晾干后置于模具中在2MPa下压制成型，得复合纤维毡；
（5）、将步骤（4）所得复合纤维毡置于真空条件下密封，先20 ℃静置保温6 h、再40 ℃静置保温8 h；
（6）、将步骤（5）所得复合纤维毡浸渍在六甲基二硅氧烷与无水乙醇的混合液中改性处理（以摩尔比计，六甲基二硅氧烷∶无水乙醇=1∶3）12 h，无水乙醇进行溶剂置换2次，每次置换的时间为24 h，继而常压干燥处理；
（7）、将步骤（6）所得复合纤维毡在600 ℃热处理1 h，即得复合隔热保温毡；
其中，步骤（1）中：以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶10∶2；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.008∶1；氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.012∶1；步骤（2）中，所述树脂为环氧树脂，所述引发剂为过氧化甲乙酮，所述偶联剂为KH-560，所述空心玻璃微珠为3M公司K20产品，其密度为0.20 g/cm3。
实施例2
一种复合隔热保温毡的制备方法，步骤如下：
（1）、取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；
（2）、按重量份，将树脂20份、引发剂0.05份、偶联剂4份、空心玻璃微珠100份在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；
（3）、取三块相同的玻璃纤维毡，一块浸渍步骤（1）所得二氧化硅溶胶A 24 h得到一块玻璃纤维毡C，另外两块浸渍步骤（2）所得浆液B 10 h得到两块玻璃纤维毡D；
（4）、将步骤（3）所得玻璃纤维毡C和D按照D-C-D的顺序铺叠，晾干后置于模具中在1.5MPa下压制成型，得复合纤维毡；
（5）、将步骤（4）所得复合纤维毡置于真空条件下密封，先30 ℃静置保温4 h、再50 ℃静置保温8 h；
（6）、将步骤（5）所得复合纤维毡浸渍在六甲基二硅氧烷与无水乙醇的混合液中改性处理（以摩尔比计，六甲基二硅氧烷∶无水乙醇=1∶4）20 h，用无水乙醇进行溶剂置换3次，每次置换的时间为18 h，继而常压干燥处理；
（7）、将步骤（6）所得复合纤维毡在600 ℃热处理1.5 h，即得复合隔热保温毡；
其中，步骤（1）中：以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶8∶3；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.006∶1；氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.01∶1；步骤（2）中，所述树脂为不饱和聚酯树脂191#，所述引发剂为AIBN，所述偶联剂为KH-560，所述空心玻璃微珠为3M公司XLD3000产品，其密度为0.23 g/cm3。
实施例3
一种复合隔热保温毡的制备方法，步骤如下：
（1）、取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；
（2）、按重量份，将树脂15份、引发剂0.02份、偶联剂2份、空心玻璃微珠100份在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；
（3）、取三块相同的玻璃纤维毡，一块浸渍步骤（1）所得二氧化硅溶胶A 16 h得到一块玻璃纤维毡C，另外两块浸渍步骤（2）所得浆液B 12 h得到两块玻璃纤维毡D；
（4）、将步骤（3）所得玻璃纤维毡C和D按照D-C-D的顺序铺叠，晾干后置于模具中在3MPa下压制成型，得复合纤维毡；
（5）、将步骤（4）所得复合纤维毡置于真空条件下密封，先20 ℃静置保温3 h、再50 ℃静置保温8 h；
（6）、将步骤（5）所得复合纤维毡浸渍在六甲基二硅氧烷与无水乙醇的混合液中改性处理（以摩尔比计，六甲基二硅氧烷∶无水乙醇=1∶5）24 h，用无水乙醇进行溶剂置换2次，每次置换的时间为20 h，继而常压干燥处理；
（7）、将步骤（6）所得复合纤维毡在650 ℃热处理0.5 h，即得复合隔热保温毡；
其中，步骤（1）中：以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶9∶3；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.008∶1；氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.008∶1；步骤（2）中，所述树脂为不饱和聚酯树脂197#，所述引发剂为BPO，所述偶联剂为KH-560，所述空心玻璃微珠为3M公司VS5500产品，其密度为0.38 g/cm3。
实施例1-3所得复合隔热保温毡的热性能检测结果见下表：
由上表可知：本发明制备得到的复合隔热保温毡具有极佳的保温隔热性能。

Claims (10)

1.一种复合隔热保温毡的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）、取正硅酸酯、乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH4F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶A；
（2）、按重量份，将树脂2~20份、引发剂0.02~0.05份、偶联剂0.5~5份、空心玻璃微珠100份在可密封容器中搅拌混合均匀得到浆液B；
（3）、取三块相同的纤维毡，一块浸渍步骤（1）所得二氧化硅溶胶A得到一块纤维毡C，另外两块浸渍步骤（2）所得浆液B得到两块纤维毡D；
（4）、将步骤（3）所得纤维毡C和D按照D-C-D的顺序铺叠，晾干后压制成型，得复合纤维毡；
（5）、将步骤（4）所得复合纤维毡置于真空条件下密封静置；
（6）、将步骤（5）所得复合纤维毡浸渍于改性液中，然后用无水乙醇进行溶剂置换，继而干燥处理；
（7）、将步骤（6）所得复合纤维毡进行热处理，即得复合隔热保温毡；
其中，步骤（1）中：以摩尔比计，正硅酸酯∶乙醇∶水=1∶（4~12）∶（2~4）；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸酯=（0.002~0.01）∶1；氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸酯=（0.005~0.015）∶1；
步骤（6）中，改性液为六甲基二硅氧烷与无水乙醇按摩尔比为1∶（2~5）混合而成的混合液。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述正硅酸酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述树脂为环氧树脂或不饱和树脂，所述不饱和树脂为不饱和聚酯树脂191#、不饱和聚酯树脂197#、乙烯基树脂MFE-2、乙烯基树脂VER-2中的一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述引发剂为过氧化甲乙酮、环烷酸钴、BPO、AIBN中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述空心陶瓷微珠的密度为0.15~0.60 g/cm3。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，纤维毡浸渍二氧化硅溶胶A的浸渍时间为12~24 h，纤维毡浸渍浆液B的浸渍时间为6~12 h；步骤（6）中，复合纤维毡浸渍于改性液中12~24 h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，压制成型的压力为0.5~3MPa。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，复合纤维毡置于真空条件下密封静置时，按先20~30 ℃保温2~8h、再40~50 ℃保温2~8 h的工艺进行。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，溶剂置换次数为2~3次，每次置换的时间为12~24 h。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（7）中，热处理的温度为600~650℃、时间为0.5~2 h。
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