CN112851293A - 一种绿色保温隔热吸音复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气凝胶技术与有机纤维吸音复合材料领域，涉及一种绿色保温隔热吸音复合材料及其制备方法包括有机纤维毡和气凝胶材料，气凝胶材料为含有硅铝或硅铝钛的气凝胶材料,有机纤维毡和气凝胶材料质量比为1:2～12。其制备方法：配制表面活性剂浓度为0.1%‑10%的亲水性溶剂，亲水性溶剂喷射在有机纤维毡表面，待亲水性溶剂完全渗透有机纤维毡内部后，将亲水改性后的有机纤维毡放入80℃‑150℃中烘干；含有硅铝或硅铝钛成分的玻璃水溶液与烘干后的有机纤维毡复合，得到湿凝胶复合材料，进一步放入乙醇溶液中进行萃取置换，对萃取置换后的湿凝胶复合材料干燥，得到目标产品。

Description

一种绿色保温隔热吸音复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于气凝胶技术与有机纤维吸音复合材料领域，具体涉及一种绿色保温隔热吸音复合材料及其制备方法。
背景技术
气凝胶是一种固体物质形态，是世界上密度最小的固体，密度可低至3kg/m3,一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学家在1931年制得。二氧化硅气凝胶是一种低密度、高孔隙率的纳米多孔非晶态固体材料，透光率较高，又被称作“蓝烟”，空洞中充满气态分散介质，具有连续的纳米级三维网络结构，是目前已知的世界上密度最小和导热系数最低的固体材料。其空洞尺寸及网络骨架均为纳米级，在力学、声学、热学、光学等多方面有独特性质，在航空航天、军工、石化、矿产、电子、汽车等领域有广阔的应用前景。
随着工业生产、交通运输、城市建筑的发展，以及人口密度的增加，家庭设施(音响、空调、电视机等)的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响。随着科技的快速发展，很多环境中消费者对于降噪的要求越来越高，特别是汽车内对于噪声的控制，对车内吸音材料的吸音性能要求也越来越高。
目前市场上使用的吸音材料主要以有机纤维组成的吸音棉为主。比如聚酯纤维吸音棉，三聚氰胺蜜胺吸音棉，有机纤维材料在功能上除了具有吸音功能外，其它功能基本不具备，应用功能比较单一。
随着科技的不断进步，对于材料的多种功能的需求日益强烈，为了能获到更多功能效果的材料，科学家们通过复合不同材料的方式来达到此目的。
发明专利CN2016100657559公开的技术方案制备了一种岩棉-硅铝气凝胶复合材料，该复合材料具有很好的保温效果，但该材料除了应用于工业用途外，无法应用于室内及对环保要求较高的场合。
发明专利CN2014800338942公开的技术方案制备了一种三聚氰胺泡棉和硅气凝胶复合材料，该复合材料具有很好的隔热隔音效果，但其中的复合气凝胶材料强度较差，无法进行大批量工业化生产及应用。
本发明制备了一种有机纤维毡-硅铝或者硅铝钛复合气凝胶材料，将气凝胶所具有的隔热功能和有机纤维材料的吸音功能有机地组合在一起，实现隔热与吸音功能集于一体的效果，并能满足工业化生产和应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色保温隔热吸音复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种绿色保温隔热吸音复合材料，包括有机纤维毡和气凝胶材料，所述气凝胶材料为含有硅铝或硅铝钛的气凝胶材料,有机纤维毡和气凝胶材料的质量比为1:2～12。
作为优选，所述有机纤维毡中的纤维是涤纶纤维、锦纶纤维、氨纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、聚酯混纺纤维、三聚氰胺泡棉、聚酰亚胺泡棉和聚氨酯泡棉中的一种或多种，所述有机纤维毡的密度为16-40kg/m3。
作为优选，所述气凝胶材料为含有硅铝气凝胶或硅铝钛气凝胶材料中的一种。
一种根据权利要求1所述的绿色保温隔热吸音复合材料的制备方法，包括以下步骤：
一、配制改性溶剂：配制表面活性剂浓度为0.1％-10％的亲水性溶剂，所述亲水性溶剂包括去离子水和表面活性剂，所述亲水性溶剂还包括亲水性硅烷偶联剂、消泡剂、分散剂和渗透剂中的一种或多种；
二、对有机纤维毡进行亲水改性：将亲水性溶剂喷射在有机纤维毡表面，待亲水性溶剂完全渗透有机纤维毡内部后，将亲水改性后的有机纤维毡放入80℃-150℃环境中进行烘干；
三、复合：将含有硅铝或硅铝钛成分的玻璃水溶液与烘干后的有机纤维毡进行复合，得到湿凝胶复合材料；
四、萃取置换：将湿凝胶复合材料放入乙醇溶液中进行萃取置换；
五、干燥：将萃取置换后的湿凝胶复合材料放入超临界干燥设备中进行干燥，得到有机纤维-硅铝或者硅铝钛气凝胶复合材料。
作为优选，步骤一中所述表面活性剂包含了阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用强度较大的有机纤维毡作为复合材料骨架，大大增加了所得复合材料的应用范围；在本发明中，通过采用强度较大的有机纤维毡，可有效的提高气凝胶使用温度范围，有机纤维强度越大，复合后的产品的强度也越大，气凝胶作为填充材料，可有效的阻隔热量的传递，同时与纤维材料结合的更加紧密，气凝胶在使用过程中随着温度升高不容易被破坏，因此能承受更高的温度和热量；
(2)本发明采用的有机纤维毡和气凝胶材料均为环保材料，对环境的污染远远小于现有同类产品；由于该有机纤维毡在制作过程中使用的都是环保材料，不含有对环境产生污染的物质，硅气凝胶也是环保材料，复合后的材料不会产生新的污染。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将去离子水、十二烷基硫酸钠、硅烷偶联剂KH550、消泡剂以质量比100:8:0.5:0.2比例混合，得到亲水性溶剂，静置30min,装入喷雾器中，喷洒在涤纶纤维毡表面，所用涤纶纤维毡的质量为5～8g,密度为20kg/m3；将喷洒过溶液的涤纶纤维毡静置一段时间，然后放置在烘箱中，120℃下烘烤1h，取出待用。将含有硅铝水玻璃溶液50～80g与水以质量比1:3混合，加入到10％的硫酸溶液中混合，得到混合溶液。将混合溶液倒入涤纶纤维毡中，待混合溶液将涤纶纤维毡充分浸湿，60s后形成涤纶纤维毡与硅铝钛湿凝胶的复合材料，将复合材料放入水中老化8h,然后在放入乙醇溶液中进行置换萃取8h，再将复合材料进行超临界干燥，除去乙醇溶剂，得到气凝胶绝热复合材料。25℃下测的导热系数为0.0190W/m.k，测得消音系数为0.95NRC。
实施例2
将去离子水、十二烷基硫酸钠、硅烷偶联剂KH550、消泡剂以质量比100:5:0.5:0.2比例混合，得到亲水性溶剂，静置30min，装入喷雾器中，喷洒在三聚氰胺纤维毡表面，所用三聚氰胺纤维毡的质量为4～8g，密度为16kg/m3；将喷洒过溶液的三聚氰胺纤维毡静置一段时间，然后放置在烘箱中，120℃下烘烤1h，取出待用。将含有硅铝水玻璃溶液40～60g与水以质量比1:3混合，加入到10％的硫酸溶液中混合，得到混合溶液。将混合溶液倒入三聚氰胺纤维毡中，待混合溶液将三聚氰胺纤维毡充分浸湿，60s后形成三聚氰胺纤维毡与硅铝湿凝胶的复合材料，将复合材料放入水中老化8h,然后在放入乙醇溶液中进行置换萃取8h，再将复合材料进行超临界干燥，除去乙醇溶剂，得到气凝胶绝热复合材料。25℃下测的导热系数为0.0165W/m.k，测得消音系数为0.98NRC。
实施例3
将去离子水、十二烷基硫酸钠、硅烷偶联剂KH550、消泡剂以100:0.5:0.5:0.2比例混合，得到亲水性溶剂，静置30min,装入喷雾器中，喷洒在涤纶纤维毡表面，所述涤纶纤维毡的质量为8～12g，密度为40kg/m3；将喷洒过溶液的涤纶纤维毡静置一段时间，然后放置在烘箱中，120℃下烘烤1h，取出待用。将含有硅铝钛水玻璃溶液50～80g与水以质量比1:3混合，加入到10％的硫酸溶液中混合，得到混合溶液。将混合溶液倒入涤纶纤维毡中，待混合溶液将涤纶纤维毡充分浸湿，60s后形成涤纶纤维毡与硅铝钛湿凝胶的复合材料，将复合材料放入水中老化8h,然后在放入乙醇溶液中进行置换萃取8h，再将复合材料进行超临界干燥，除去乙醇溶剂，得到气凝胶绝热复合材料。25℃下测的导热系数为0.018W/m.k，测得消音系数为0.97NRC。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种绿色保温隔热吸音复合材料，其特征在于：包括有机纤维毡和气凝胶材料，所述气凝胶材料为含有硅铝或硅铝钛的气凝胶材料,有机纤维毡和气凝胶材料的质量比为1:2～12。
2.根据权利要求1所述的一种绿色保温隔热吸音复合材料，其特征在于：所述有机纤维毡中的纤维是涤纶纤维、锦纶纤维、氨纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、聚酯混纺纤维、三聚氰胺泡棉、聚酰亚胺泡棉、聚氨酯泡棉中的一种或多种，所述有机纤维毡的密度为16-40kg/m3。
3.根据权利要求1所述的一种绿色保温隔热吸音复合材料，其特征在于：所述气凝胶材料为含有硅铝气凝胶或硅铝钛气凝胶材料中的一种。
4.一种根据权利要求1所述的绿色保温隔热吸音复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、配制改性溶剂：配制表面活性剂浓度为0.1%-10%的亲水性溶剂，所述亲水性溶剂包括去离子水和表面活性剂，所述亲水性溶剂还包括亲水性硅烷偶联剂、消泡剂、分散剂和渗透剂中的一种或多种；
二、对有机纤维毡进行亲水改性：将亲水性溶剂喷射在有机纤维毡表面，待亲水性溶剂完全渗透有机纤维毡内部后，将亲水改性后的有机纤维毡放入80℃-150℃环境中进行烘干；
三、复合：将含有硅铝或硅铝钛成分的玻璃水溶液与烘干后的有机纤维毡进行复合，得到湿凝胶复合材料；
四、萃取置换：将湿凝胶复合材料放入乙醇溶液中进行萃取置换；
五、干燥：将萃取置换后的湿凝胶复合材料放入超临界干燥设备中进行干燥，得到有机纤维-硅铝或者硅铝钛气凝胶复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种绿色保温隔热吸音复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述表面活性剂包含了阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂中的至少一种。
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