CN111362665A - 一种介孔msq气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将十六烷基三甲基氯化铵、盐酸、甲醇、甲基三甲氧基硅烷按照比例混合搅拌，随后加入凝胶促进剂，搅拌后倒在固定容器中，得到溶胶；将红外遮光剂按照比例倒入上述溶胶中，得到复合溶胶；玻璃纤维毡的浸渍复合溶胶；凝胶/玻璃纤维复合材料的固化；凝胶/玻璃纤维复合材料的干燥：将凝胶/玻璃纤维复合材料进行干燥。本发明使用介孔MSQ气凝胶与玻璃纤维毡进行复合，能够提高介孔MSQ气凝胶的力学性能；采用钛溶胶或纳米二氧化钛等红外遮光剂对介孔MSQ气凝胶进行改性，能够提高玻璃纤维毡在高温下的隔热性能。
Description
技术领域
本发明涉及保温隔热材料领域，特别是涉及一种介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法。
背景技术
甲基硅倍半氧烷（MSQ）气凝胶是一种带甲基的二氧化硅气凝胶，即用Si-CH3键取代Si-O网络中的部分Si-O-Si键。由于甲基的引入，MSQ气凝胶的结构将不是传统二氧化硅气凝胶的三维空间网络结构，而是珠链状的非连续网络。在硅氧网络中引入甲基，降低了交联度，减少了传统二氧化硅气凝胶表面的羟基含量，使得MSQ气凝胶相较传统的二氧化硅气凝胶具有更大的韧性。此外，甲基之间存在的相互作用力使得在气凝胶受压的时候表现出更大的回弹性以提高韧性。普通的二氧化硅气凝胶表面存在大量的羟基因此具有亲水性，在实际使用中容易吸收空气中的水分导致气凝胶的破裂。而在MSQ气凝胶中由于引入了甲基因而材料表面具有疏水性，这大大拓宽了材料的使用领域。MSQ气凝胶在保留传统二氧化硅气凝胶的优异性能的同时，具有超疏水性、柔韧性等其它二氧化硅气凝胶所不具备的性能。
一般而言，二氧化硅气凝胶的力学性能较差，而在实际应用中，采用纤维、碳颗粒、碳纳米管、硅酸钙石等作为增强相，可提高二氧化硅气凝胶复合材料的力学性能。玻璃纤维由于其优异的性能成为良好的气凝胶结构增强剂选择。玻璃纤维的主要成分是二氧化硅，以及一些金属氧化物如氧化钠、氧化钙和氧化镁等，玻璃纤维具有很好的绝缘性、耐热性以及机械强度高等优点，是气凝胶/纤维复合材料最常用的增强材料。目前，未见玻璃纤维作为增强相，去增强介孔MSQ气凝胶制备介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的研究报道。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，该复合材料不同于传统气凝胶材料，传统气凝胶无法耐受高温环境，与常温时相比，高温导热率会大幅增加；而负载红外遮光剂的气凝胶复合材料将反射大部分的红外辐射，使得高温热导率大幅降低。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1）掺有红外遮光剂的复合溶胶的制备
将十六烷基三甲基氯化铵、盐酸、甲醇、甲基三甲氧基硅烷按照比例混合搅拌，随后加入凝胶促进剂，搅拌1.5~3.5min后倒在固定容器中，得到溶胶；将红外遮光剂按照比例倒入上述溶胶中，得到复合溶胶；
2）玻璃纤维毡的浸渍复合溶胶
将裁剪好尺寸的玻璃纤维毡完全浸渍在复合溶胶中，将浸渍好复合溶胶的玻璃纤维毡转移至塑料盒中并密封；
3）凝胶/玻璃纤维复合材料的固化
将密封的塑料盒进行固化，在得到的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第一溶剂进行溶剂置换，温度为75-85℃，置换时间11-13 h，共置换两次；在第一溶剂置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第二溶剂进行溶剂置换，温度为55-65℃，置换时间11-13 h，共置换两次；在第二溶剂置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第三溶剂进行溶剂置换，温度为55-65℃，置换时间为11-13 h，共置换两次；
4）凝胶/玻璃纤维复合材料的干燥
将凝胶/玻璃纤维复合材料进行干燥，最终获得含纳米二氧化钛的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料。
在本发明一个较佳实施例中，步骤1）中的凝胶促进剂为1-2环氧丙烷，红外遮光剂为钛溶胶或纳米二氧化钛。
在本发明一个较佳实施例中，所述的红外遮光剂为钛溶胶，钛溶胶所占质量为复合溶胶质量的1~3%。
在本发明一个较佳实施例中，步骤1）原料成分为：32 g十六烷基三甲基氯化铵、100 mL的甲基三甲氧基硅烷、250 mL的甲醇和50 mL的0.001 mol/L盐酸。
在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中玻璃纤维毡为E玻纤毡、S玻纤毡、石英纤维毡和高硅氧玻璃纤维毡的一种或多种。
在本发明一个较佳实施例中，步骤3）中密封的塑料盒在烘箱或微波干燥机中进行固化，微波干燥机固化的条件为：微波功率为250 w，固化时间为20 min，抽湿比例为20%。
在本发明一个较佳实施例中，步骤3）中的第一溶剂为甲醇，第二溶剂为异丙醇，第三溶剂为正庚烷。
在本发明一个较佳实施例中，步骤4）中干燥方法为常压干燥、微波干燥或者超临界干燥。
在本发明一个较佳实施例中，所述的干燥方法为微波干燥，微波干燥机的条件为：微波功率为700 w，干燥时间为70 min，抽湿比例为90%。
本发明的有益效果是：
1）本发明使用介孔MSQ气凝胶与玻璃纤维毡进行复合，能够提高介孔MSQ气凝胶的力学性能。
2）本发明采用钛溶胶或纳米二氧化钛等红外遮光剂对介孔MSQ气凝胶进行改性，能够提高玻璃纤维毡在高温下的隔热性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图，其中：
图1是实施例1制备的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的SEM照片；
图2是实施例2制备的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的SEM照片；
图3是对比例1制备的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的SEM照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：参阅图1
一种含红外遮光剂的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将32 g十六烷基三甲基氯化铵、100 mL的甲基三甲氧基硅烷、250 mL的甲醇和50 mL的盐酸（0.001 mol/L）进行混合搅拌，随后加入250mL的1-2环氧丙烷，搅拌2 min后倒在固定容器中，得到溶胶；将25mL的钛溶胶加入溶胶后充分搅拌，得到复合溶胶；
2）将裁剪好尺寸的高硅氧玻璃纤维毡完全浸渍在复合溶胶中，将浸渍好复合溶胶的玻璃纤维毡转移至塑料盒中并密封；
3）将密封的塑料盒置于微波干燥机中进行微波固化，设置抽湿速率为20%，微波功率250 W，固化时间为12min；在得到的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入甲醇进行溶剂置换，温度为80℃，置换时间12 h，共置换两次；在甲醇置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入异丙醇进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间12 h，共置换两次；在异丙醇置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入正庚烷进行溶剂置换，温度为60℃，置换时间为12 h，共置换两次；
4）将塑料盒放置于微波加热室中进行微波干燥，设置抽湿速率为90%，微波功率为700W，干燥时间为70min，最终获得含纳米二氧化钛的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料。
制备的含红外遮光剂的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料孔隙丰富，形貌均匀，常温热导率为0.031 W/(m•K)，高温（600℃）热导率为0.104 W/(m•K)。
实施例2：参阅图2
一种含红外遮光剂的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，将实施例中步骤1）的钛溶胶体积改变成50mL，其余步骤同实施例1。
制备的含红外遮光剂的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料孔隙丰富，形貌均匀，常温热导率为0.028 W/(m•K)，高温（600℃）热导率为0.092 W/(m•K)。
对比例1：参阅图3
一种介孔MSQ气凝胶/玻纤复合材料的制备方法，不加入钛溶胶，其余同实施例1。
制备的MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料孔隙丰富，形貌均匀，常温热导率为0.034W/(m•K)，高温（600℃）热导率为0.117 W/(m•K)。
本发明使用介孔MSQ气凝胶与玻璃纤维毡进行复合，能够提高介孔MSQ气凝胶的力学性能；本发明采用钛溶胶或纳米二氧化钛等红外遮光剂对介孔MSQ气凝胶进行改性，能够提高玻璃纤维毡在高温下的隔热性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）掺有红外遮光剂的复合溶胶的制备
将十六烷基三甲基氯化铵、盐酸、甲醇、甲基三甲氧基硅烷按照比例混合搅拌，随后加入凝胶促进剂，搅拌1.5-3.5min后倒在固定容器中，得到溶胶；将红外遮光剂按照比例倒入上述溶胶中，得到复合溶胶；
2）玻璃纤维毡的浸渍复合溶胶
将裁剪好尺寸的玻璃纤维毡完全浸渍在复合溶胶中，将浸渍好复合溶胶的玻璃纤维毡转移至塑料盒中并密封；
3）凝胶/玻璃纤维复合材料的固化
将密封的塑料盒进行固化，在得到的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第一溶剂进行溶剂置换，温度为75-85℃，置换时间11-13 h，共置换两次；在第一溶剂置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第二溶剂进行溶剂置换，温度为55-65℃，置换时间11-13 h，共置换两次；在第二溶剂置换后的凝胶/玻璃纤维复合材料中加入第三溶剂进行溶剂置换，温度为55-65℃，置换时间为11-13 h，共置换两次；
4）凝胶/玻璃纤维复合材料的干燥
将凝胶/玻璃纤维复合材料进行干燥，最终获得含纳米二氧化钛的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中的凝胶促进剂为1-2环氧丙烷，红外遮光剂为钛溶胶或纳米二氧化钛。
3.根据权利要求2所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的红外遮光剂为钛溶胶，钛溶胶所占质量为复合溶胶质量的1~3%。
4.根据权利要求1所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中玻璃纤维毡为E玻纤毡、S玻纤毡、石英纤维毡和高硅氧玻璃纤维毡的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中密封的塑料盒在烘箱或微波干燥机中进行固化，微波干燥机固化的条件为：微波功率为250 w，固化时间为20 min，抽湿比例为20%。
6.根据权利要求1所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中的第一溶剂为甲醇，第二溶剂为异丙醇，第三溶剂为正庚烷。
7.根据权利要求1所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中干燥方法为常压干燥、微波干燥或者超临界干燥。
8.根据权利要求7所述的介孔MSQ气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的干燥方法为微波干燥，微波干燥机的条件为：微波功率为700 w，干燥时间为70 min，抽湿比例为90%。
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