CN113135732B - 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113135732B CN113135732B CN202010051923.5A CN202010051923A CN113135732B CN 113135732 B CN113135732 B CN 113135732B CN 202010051923 A CN202010051923 A CN 202010051923A CN 113135732 B CN113135732 B CN 113135732B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solvent
- chopped glass
- wet gel
- aerogel
- silica
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 160
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 106
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 28
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 claims description 23
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XYIBRDXRRQCHLP-UHFFFAOYSA-N ethyl acetoacetate Chemical compound CCOC(=O)CC(C)=O XYIBRDXRRQCHLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 1-benzylpyrrolidine-3-carboxamide Chemical compound C1C(C(=O)N)CCN1CC1=CC=CC=C1 HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N butanoic acid ethyl ester Natural products CCCC(=O)OCC OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims description 6
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 claims description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 4
- JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(dimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)OC JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N propylamine Chemical compound CCCN WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000604 Polyethylene Glycol 200 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002565 Polyethylene Glycol 400 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002582 Polyethylene Glycol 600 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002593 Polyethylene Glycol 800 Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002523 polyethylene Glycol 1000 Polymers 0.000 claims description 3
- 229940113116 polyethylene glycol 1000 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940113115 polyethylene glycol 200 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940068918 polyethylene glycol 400 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940057847 polyethylene glycol 600 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940085675 polyethylene glycol 800 Drugs 0.000 claims description 3
- LVJZCPNIJXVIAT-UHFFFAOYSA-N 1-ethenyl-2,3,4,5,6-pentafluorobenzene Chemical compound FC1=C(F)C(F)=C(C=C)C(F)=C1F LVJZCPNIJXVIAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 claims description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- VSYLGGHSEIWGJV-UHFFFAOYSA-N diethyl(dimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](CC)(OC)OC VSYLGGHSEIWGJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PGJJYYADLKWXLJ-UHFFFAOYSA-N isocyanato(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)N=C=O PGJJYYADLKWXLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- POPACFLNWGUDSR-UHFFFAOYSA-N methoxy(trimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)C POPACFLNWGUDSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000734 polysilsesquioxane polymer Polymers 0.000 claims description 2
- FRGPKMWIYVTFIQ-UHFFFAOYSA-N triethoxy(3-isocyanatopropyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN=C=O FRGPKMWIYVTFIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(ethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(OCC)OCC DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LLROOTQECVJATI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(isocyanato)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)N=C=O LLROOTQECVJATI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 9
- 229940093858 ethyl acetoacetate Drugs 0.000 claims 4
- 229940093476 ethylene glycol Drugs 0.000 claims 1
- 229960005150 glycerol Drugs 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 36
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 10
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 4
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N silanol Chemical compound [SiH3]O SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
- C04B30/02—Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/04—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by dissolving-out added substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/46—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with organic materials
- C04B41/49—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes
- C04B41/4905—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon
- C04B41/4922—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon applied to the substrate as monomers, i.e. as organosilanes RnSiX4-n, e.g. alkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane
- C04B41/4933—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon applied to the substrate as monomers, i.e. as organosilanes RnSiX4-n, e.g. alkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane containing halogens, i.e. organohalogen silanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/60—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only artificial stone
- C04B41/61—Coating or impregnation
- C04B41/62—Coating or impregnation with organic materials
- C04B41/64—Compounds having one or more carbon-to-metal of carbon-to-silicon linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
- C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/40—Porous or lightweight materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法及得到的二氧化硅气凝胶复合材料。所述方法包括取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维混合后保温形成复合湿凝胶,将制备的复合湿凝胶放入反应釜并添加老化液进行老化,然后密闭保温;加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶;加入表面改性剂并保温进行表面改性;加入交换溶剂并保温;进行常压干燥,得到二氧化硅气凝胶复合材料。本发明制备过程中耗费溶剂少、制备速度快,制备出的二氧化硅气凝胶复合材料隔热性好、密度小、疏水性强、机械强度高。
Description
技术领域
本发明涉及保温隔热材料领域,具体地说,是涉及一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法以及制得的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。
背景技术
二氧化硅气凝胶是一种分散介质为气体纳米多孔非晶高效隔热材料,由95%的空气和5%的二氧化硅骨架组成,其密度为3~500kg/m3,孔隙率高达80%~99.8%,比表面积高达1000m2/g,孔洞尺寸在1~100nm之间,常温常压下导热系数可抵达0.015W/(m·k),由于其优良的阻燃隔热性能,使其在航空航天、船舶、建筑、新能源石油化工有很广阔的应用市场。
在加入短切玻璃纤维等材料进行复合后,短切玻璃纤维在湿凝胶中能进一步增强气凝胶的机械强度,进一步增强气凝胶的抗弯强度和抗压强度,进一步增强气凝胶的稳定性和抗裂性,增强了制品的使用寿命。但在气凝胶的生产过程中,为了降低气凝胶骨架的收缩与坍塌,通常需要耗费较长的时间与溶剂,较长的生产周期使得气凝胶无法连续化生产,这是阻碍气凝胶工业化的一大障碍。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明目的在于提供一种溶剂消耗少、制备速度快的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,制备出的二氧化硅气凝胶隔热性好、密度小、疏水性强、气凝胶负载量多。
本发明的目的之一为提供一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:
1)二氧化硅湿凝胶制备:按照质量比(20~60):(20~100):(0.01~15):(0.01~15):(0.01~15):(20~100):(2~15)取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维,混合后保温形成复合湿凝胶;
2)二氧化硅湿凝胶的复合:将步骤1)制备的复合湿凝胶和老化液混合进行老化,密闭保温,再在温度为40~150℃下保温2~12h;
3)一次凝胶化:将经步骤2)老化处理的二氧化硅湿凝胶保留,加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶;
4)表面改性:将步骤3)得到的气凝胶保留,加入表面改性剂并保温;
5)二次凝胶化:将步骤4)表面改性后的气凝胶保留,加入交换溶剂并保温;
6)干燥:将步骤5)处理后的气凝胶干燥,得到短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。
步骤1)中优选地,先将硅源、酸性催化剂和溶剂一搅拌后保温,再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维,搅拌后保温形成复合湿凝胶;更优选地,硅源、酸性催化剂和一部分溶剂一搅拌后保温,再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、和剩余溶剂一,最后加入溶剂二、短切玻璃纤维,搅拌后保温形成复合湿凝胶。
硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维质量比优选为(30~50):(40~80):(0.05~10):(0.1~10):(0.05~10):(40~80):(5~10)。
进一步,所述硅源包括水玻璃、硅溶胶、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、多聚硅氧烷、聚倍半硅氧烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷中的一种或多种。
进一步,所述溶剂一或溶剂二包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯中的一种或多种。
进一步,所述酸性催化剂包括盐酸、硝酸、硫酸、磺酸、氢氟酸、磷酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、苯甲酸中的一种或多种。
进一步,所述化学干燥控制添加剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇-200(PEG-200)、聚乙二醇-400(PEG-400)、聚乙二醇-600(PEG-600)、聚乙二醇-800(PEG-800)、聚乙二醇-1000(PEG-1000)、丙三醇、乙酰乙酸乙酯、乙二醇中的一种或多种。
进一步,所述碱性催化剂包括氢氧化钠、氨水、甲胺、乙二胺、三乙胺、丙胺、三乙醇胺中的一种或多种。
进一步,所述短切玻璃纤维短切长度为3~50mm,具体可以为3mm、4.5mm、6mm、12mm、25mm或50mm;直径为9~13μm。
进一步,所述短切玻璃纤维经过双氧水、硝酸或者磷酸浸泡2~10h,更优选采用双氧水处理。
步骤2)中,二氧化硅湿凝胶的复合:将步骤1)制备的复合湿凝胶放入反应釜并按照复合湿凝胶和老化液的质量比优选为(1~100):(1~50)混合进行老化,密闭保温,然后升温在温度为40~150℃下保温2~12h,优选为在温度为80~120℃下保温4~10h。
更优选地,复合湿凝胶和老化液的质量比为(1~80):(5~50)。
进一步,所述老化液包括水、水玻璃、硅溶胶、盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
步骤3)中,一次凝胶化:将经步骤2)老化处理的二氧化硅湿凝胶保留,加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶,每次加入交换溶剂前倒去多余液体,然后按二氧化硅湿凝胶和交换溶剂质量比优选为(20~100):(50~150)加入交换溶剂,在25~200℃保温0.5~24h。
更优选地,二氧化硅湿凝胶和交换溶剂的质量比为(20~90):(70~150)。
进一步,所述交换溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、正己烷、环己烷、正庚烷中的一种或多种。
步骤4)中,表面改性:将步骤3)得到的气凝胶保留,倒去多余液体,加入表面改性剂在25~200℃保温0.5~24h;其中,气凝胶和表面改性剂的质量比为(20~100):(20~100)。
优选地,气凝胶和表面改性剂的质量比为(20~60):(50~100)。
进一步,所述表面改性剂包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、六甲基二硅醚、六甲基二硅硫烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、异氰酸酯三甲氧基硅烷、异氰酸酯三乙氧基硅烷、2,3,4,5,6-五氟苯乙烯中的一种或多种。
步骤5)中,二次凝胶化:将步骤4)表面改性后的气凝胶保留,倒去多余液体,再次加入交换溶剂在25~200℃保温0.5~24h,气凝胶和交换溶剂的质量比为(20~100):(50~150)。
优选地,气凝胶和交换溶剂的质量比为(20~60):(70~150)。
进一步,所述交换溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、正己烷、环己烷、正庚烷中的一种或多种。
步骤6)中,干燥:将步骤6)处理后的气凝胶从反应釜中取出后常压干燥,得到短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。
进一步,所述步骤6)干燥过程为10~120℃干燥2~120h,优选为以20℃/2h的速率,从40℃升温至120℃,每个温度恒温2h;或按0.1~10℃/min的升温速率自0℃升温至200℃。
进一步,本发明制备方法中所述步骤1)-步骤6)中,保温条件优选为在25~200℃保温0.5~24h。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的一种制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法,由硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维混合制备复合湿凝胶,将复合湿凝胶放入封闭反应釜中并添加老化液,通过升温升压对二氧化硅湿凝胶进行老化处理;多次加入交换溶剂进行溶剂交换,加入表面改性溶液进行表面改性;再次加入交换溶剂进行溶剂交换;取出二氧化硅湿凝胶,进行常压干燥,得到二氧化硅气凝胶复合材料。
本发明使用封闭反应釜提高了二氧化硅湿凝胶反应的温度与压力,进一步使二氧化硅湿凝胶骨架发生了老化,并且加快了步骤2)至步骤6)的溶剂交换速度及表面改性速度,使最终产生的毛细管应力降低,减少了孔道的坍塌,并大大减少了制备二氧化硅气凝胶复合材料所需的时间。该制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法,具有耗费溶剂少、制备速度快的优点,制备出的二氧化硅气凝胶具有隔热性好、密度小、疏水性强的优点,可以在保温隔热领域获得广泛的应用。
步骤1)中的溶剂一在反应体系中起溶解作用,提高硅源与水、酸性催化剂之间的互溶性,从而提高硅源的水解程度,增大凝胶骨架的均匀性,最终降低二氧化硅气凝胶的密度,提高制品的隔热性能;溶剂二在反应体系中起稀释作用,进一步降低了气凝胶的密度,提高制品的隔热性能。
化学干燥控制添加剂在反应体系中起控制溶胶颗粒生长的作用,增强了骨架强度,提高了孔道的均匀性,进一步减少了毛细管应力的影响,进一步减少了孔道的收缩与坍塌,最终降低二氧化硅气凝胶的密度,提高制品的隔热性能。
短切玻璃纤维在湿凝胶中起增强骨架的作用,且短切玻璃纤维与气凝胶之间形成了较好的界面结合,提高了制品的隔热性能和力学性能,进一步增强气凝胶的稳定性和抗裂性,进一步增强气凝胶的抗弯强度和抗压强度,进一步增强了气凝胶的机械强度,增强了制品的使用寿命。
本发明将短切玻璃纤维在双氧水、硝酸或者磷酸中浸泡,使短切玻璃纤维表面进行氧化处理,增加其表面的含氧官能团,以便于和硅源水解成的硅醇上的羟基进行反应,形成的Si-O-Si键使其短切玻纤和气凝胶更好的连接在一起,近一步的提高反应的交联度,增加气凝胶的三维立体结构,提高气凝胶的力学性能,从而使得干燥后的气凝胶更加得韧性,除此之外,部分气凝胶依附在短切玻璃纤维上生长,充当气凝胶的骨架,又近一步增加了气凝胶的韧性,使气凝胶不容易受外力而粉碎。再者,Si-O-Si之间的力和分子间的吸附力的叠加能大大减少气凝胶从短切玻璃纤维上脱落下来的现象,气凝胶的负载量增多且负载均匀。
表面改性剂对二氧化硅湿凝胶表面进行改性处理,使二氧化硅湿凝胶拥有功能化用途,或拥有其他活性位点用于进一步反应,使二氧化硅湿凝胶具有优异的疏水性能,增长了最终二氧化硅气凝胶制品的使用寿命。
步骤2)中,本发明老化方式是将湿凝胶与老化液放在反应釜中,先加入老化液保温使老化液能充分均匀地进入湿凝胶中,让老化液在每一个孔道里都能充满老化液,能让老化液与湿凝胶进行充分反应,尽一步的完善湿凝胶的立体网络;然后升温,此时部分液体汽化对密闭体系进行提升压强,升压一是提供能量和压力,大大提高硅烷的水解缩聚效率,二是提高游离分子运动的动能和加大游离分子运动的速率,增加游离分子碰撞的机率,使得更多地游离分子与湿凝胶结合在一起,增大湿凝胶的骨架,使其三维骨架更加得完整,防止常压干燥时孔道出现坍塌,且得出的产品力学性能更好。本发明方法在密闭体系中升温升压老化,能减少溶剂的挥发,且中间不用再更换溶剂,减少老化溶液的用量和老化时间。
本发明方法在高温高压老化下凝胶块内部反应迅速且反应充分,游离的单体离子充分反应,使二氧化硅气凝胶结构更加完整,进一步减少了孔道的收缩与坍塌,最终降低二氧化硅气凝胶的密度,提高制品的隔热性能。
附图说明
图1为短切玻璃纤维的SEM图。
图2为未经过双氧水处理的短切玻璃纤维与气凝胶复材的SEM图。
图3为经过双氧水处理的短切玻璃纤维的与气凝胶复材SEM图。
图4为短切玻璃纤维的能谱图。
图5为未经过双氧水处理的短切玻璃纤维与气凝胶复材的能谱图。
图6为经过双氧水处理的短切玻璃纤维与气凝胶复材的能谱图。
图1为短切玻璃纤维的SEM图,从图上可以看出玻璃纤维表面光滑。图2为未经过双氧水处理的短切玻璃纤维与气凝胶复材的SEM图,其它条件相同图3复材。图3为实施例1经过双氧水处理的短切玻璃纤维与气凝胶复材SEM图。从图2和图3玻璃纤维与气凝胶复材的SEM图上可以看出气凝胶在玻璃纤维表面进行原位生长,且都能在玻璃纤维在表面负载一层。但是图2是未用双氧水处理的,表面的气凝胶未均匀负载,且在一个地方会负载量过多。而图3表面的气凝胶进行了均匀负载。
从图4、图5和6的能谱图可以看出玻璃纤维表面的含氧基团最少,经过双氧水处理过后的玻璃纤维和气凝胶进行复合的含氧基团在图中显示出最多,而未经过双氧水处理过后的玻璃纤维和气凝胶进行复合的含氧基团增多是气凝胶上的含氧基团在玻璃纤维表面的表现。从以上图2、图3和图5、图6、图7可以清楚地看出经过双氧水处理过后,一定程度上增加了玻璃纤维表面的含氧集团,气凝胶的负载量增多。
图7为复合材料的接触角图,测得接触角为147.8°。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,但不作为对本发明的限定。
本发明具体实施方式中所用原料为市售所得。
实施例1
一种制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法,包括以下步骤:
1)二氧化硅湿凝胶制备:按照质量比45:60:1:3:8:50:5,取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维;先将硅源、酸性催化剂和部分溶剂一(乙醇)搅拌,搅拌速度为100r/min,搅拌时间为30min,然后在保温温度为35℃下保温时间为12h;然后再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、及剩余乙醇进行搅拌,搅拌速度为100r/min,搅拌时间为30min;在乙醇溶液中对6mm短切玻璃纤维进行超声处理,条件设置为温度为35℃、水位10cm、时间10min以及功率100%,所述短切玻璃纤维经过双氧水浸泡6h。然后将超声处理后的短切玻璃纤维进行干燥之后加入溶剂二和以上反应溶液,然后在保温温度为35℃下保温12h,形成玻璃纤维二氧化硅湿凝胶复合材料;其搅拌方式采用机械搅拌或磁力搅拌;
其中,硅源为正硅酸甲酯;溶剂一为乙醇;酸性催化剂为盐酸;化学干燥控制添加剂为N,N-二甲基甲酰胺;碱性催化剂为氨水;溶剂二为水;短切玻璃纤维为6mm短切玻璃纤维。
2)二氧化硅湿凝胶的老化:将步骤1)制备的二氧化硅湿凝胶置于反应釜中,加入老化液;然后在保温温度为40℃下保温4h;再在保温温度为100℃下保温6h。
其中,老化液为乙醇,二氧化硅湿凝胶和乙醇的质量比为30:50。
3)第一次溶剂交换:向步骤2)得到的老化后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入一次交换溶剂进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和一次交换溶剂的质量比为50:100;
其中,一次交换溶剂为异丙醇。
4)第二次溶剂交换:向步骤3)得到的第一次溶剂交换后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入第二交换溶剂进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和二次交换溶剂的质量比为50:100;
其中,二次交换溶剂为正己烷。
5)表面改性:向步骤4)得到的第二次溶剂交换后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入表面改性溶液进行表面改性,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和表面改性剂的质量比为50:50;
其中,表面改性剂为三甲基氯硅烷。
6)第三次溶剂交换:向步骤5)得到的表面改性后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入三次交换溶剂中进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和三次交换溶剂的质量比为50:150;
其中,三次交换溶剂为正己烷。
8)常压干燥:将步骤7)得到的第三次溶剂交换后的二氧化硅湿凝胶从反应釜中取出,在一标准大气压下干燥,得到二氧化硅气凝胶复合材料;
其中,干燥温度为选为以20℃/2h的速率,从40℃升温至120℃。
本实施例制备得到的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料密度为2.1713g/cm3,疏水角为147.8°。
实施例2
一种制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法,包括以下步骤:
1)二氧化硅湿凝胶制备:按照质量比45:60:1:3:8:50:5,取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维;先硅源、酸性催化剂和部分溶剂一(乙醇)搅拌,搅拌速度为100r/min,搅拌时间为30min,然后在保温温度为35℃下保温时间为12h;然后再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂及剩余乙醇进行搅拌,搅拌速度为100r/min,搅拌时间为30min;在乙醇溶液中对6mm短切玻璃纤维进行超声处理,条件设置为温度为35℃、水位10cm、时间10min以及功率100%,所述短切玻璃纤维经过双氧水浸泡3h。然后将超声处理后的短切玻璃纤维进行干燥之后加入溶剂二和反应溶液,然后在保温温度为35℃下保温12h,形成复合湿凝胶;其搅拌方式采用机械搅拌或磁力搅拌;
其中,硅源为正硅酸甲酯;溶剂一为乙醇;酸性催化剂为盐酸;化学干燥控制添加剂为N,N-二甲基甲酰胺;碱性催化剂为氨水;溶剂二为甲醇;短切玻璃纤维为6mm短切玻璃纤维。
2)二氧化硅湿凝胶的老化:将步骤1)制备的二氧化硅湿凝胶置于反应釜中,加入老化液;然后在保温温度为40℃下保温2h;再在温度为100℃下保温10h。
其中,老化液为N,N-二甲基甲酰胺,二氧化硅湿凝胶和老化液的质量比为30:50。
3)第一次溶剂交换:向步骤2)得到的老化后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入一次交换溶剂进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和一次交换溶剂的质量比为50:100;
其中,一次交换溶剂为正庚烷。
4)第二次溶剂交换:向步骤3)得到的第一次溶剂交换后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入二交换溶剂进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和二次交换溶剂的质量比为50:100;
其中,二次交换溶剂为正己烷。
5)表面改性:向步骤4)得到的第二次溶剂交换后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入表面改性溶液进行表面改性,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和表面改性剂的质量比为50:50;
其中,表面改性剂为正己烷。
6)第三次溶剂交换:向步骤5)得到的表面改性后的装有二氧化硅湿凝胶的反应釜中加入三次交换溶剂中进行溶剂交换,然后在保温温度为35℃下保温12h,倒去反应釜中多余液体;二氧化硅湿凝胶和三次交换溶剂的质量比为50:150;
其中,三次交换溶剂为正己烷。
8)常压干燥:将步骤7)得到的第三次溶剂交换后的二氧化硅湿凝胶从反应釜中取出,在一标准大气压下干燥,得到二氧化硅气凝胶复合材料;
其中,干燥方式为以20℃/2h的速率,从40℃升温至120℃。
本实例提供的二氧化硅气凝胶复合材料制备方法中,制备得到的二氧化硅气凝胶复合材料密度为2.1713g/cm3,疏水角为147.8°。
以下实施例3-实施例10相比实施例1仅修改了以下参数,见表1。
表1实施例3-实施例10参数表
以上实施例3至实施例10的步骤3)中,采用交换溶剂进行二次交换,所述交换溶剂种类和用量相同。
最后应该说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (12)
1.一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)二氧化硅湿凝胶制备:按照质量比(20~60):(20~100):(0.01~15):(0.01~15):(0.01~15):(20~100):(2~15)取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维,混合后保温形成复合湿凝胶;
2)二氧化硅湿凝胶的复合:将步骤1)制备的复合湿凝胶和老化液混合进行老化,密闭保温,再在温度为40~150℃下保温2~12h;
3)一次凝胶化:将经步骤2)老化处理的二氧化硅湿凝胶保留,加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶;
4)表面改性:将步骤3)得到的气凝胶保留,加入表面改性剂并保温;
5)二次凝胶化:将步骤4)表面改性后的气凝胶保留,加入交换溶剂并保温;
6)干燥:将步骤5)处理后的气凝胶干燥,得到短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料;
其中所述短切玻璃纤维经过双氧水、硝酸或者磷酸浸泡2~10h;
步骤2)中,复合湿凝胶和老化液的质量比为(1~100):(1~50);和/或,所述老化液包括水、水玻璃、硅溶胶、盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种;
步骤4)中,气凝胶和表面改性剂的质量比为(20~100):(20~100);和/或,所述表面改性剂包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、六甲基二硅醚、六甲基二硅硫烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、异氰酸酯三甲氧基硅烷、异氰酸酯三乙氧基硅烷、2,3,4,5,6-五氟苯乙烯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤1)中,先将硅源、酸性催化剂和溶剂一搅拌后保温,再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维,搅拌后保温形成复合湿凝胶,其中硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维的质量比为(30~50):(40~80):(0.05~10):(0.1~10):(0.05~10):(40~80):(5~10)。
3.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤1)中,所述硅源包括水玻璃、硅溶胶、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、多聚硅氧烷、聚倍半硅氧烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷中的一种或多种;和/或,
所述溶剂一或溶剂二包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯中的一种或多种;和/或,
所述酸性催化剂包括盐酸、硝酸、硫酸、磺酸、氢氟酸、磷酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、苯甲酸中的一种或多种;和/或,
所述化学干燥控制添加剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-1000、丙三醇、乙酰乙酸乙酯、乙二醇中的一种或多种;和/或,
所述碱性催化剂包括氢氧化钠、氨水、甲胺、乙二胺、三乙胺、丙胺、三乙醇胺中的一种或多种;和/或,
所述短切玻璃纤维短切长度为3~50mm,直径为9-13μm。
4.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤2)中,复合湿凝胶和老化液的质量比为(1~80):(5~50)。
5.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤3)中,二氧化硅湿凝胶和交换溶剂的质量比为(20~100):(50~150);和/或,
所述交换溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、正己烷、环己烷、正庚烷中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤3)中,二氧化硅湿凝胶和交换溶剂的质量比为(20~90):(70~150)。
7.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤4)中,气凝胶和表面改性剂的质量比为(20~60):(50~100)。
8.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤5)中,气凝胶和交换溶剂的质量比为(20~100):(50~150);和/或,
所述交换溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、正己烷、环己烷、正庚烷中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤5)中,气凝胶和交换溶剂的质量比为(20~60):(70~150)。
10.根据权利要求1所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤6)中,干燥过程为10~120℃干燥2~120h,或按0.1~10℃/min的升温速率自0℃升温至200℃。
11.根据权利要求1~10之任一项所述的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法,其特征在于:
保温条件为在25~200℃保温0.5~24h。
12.权利要求1~11之任一项所述的制备方法得到的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010051923.5A CN113135732B (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010051923.5A CN113135732B (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113135732A CN113135732A (zh) | 2021-07-20 |
CN113135732B true CN113135732B (zh) | 2022-09-13 |
Family
ID=76808348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010051923.5A Expired - Fee Related CN113135732B (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113135732B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113800953A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-17 | 湖北三江航天江北机械工程有限公司 | 石英复合陶瓷天线窗口表面凹坑修补方法 |
CN113998984B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-01-06 | 四川三棵树涂料有限公司 | 一种SiO2气凝胶保温板及其制备方法 |
CN114311907A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 吉林建筑大学 | 一种真空绝热板及其制备方法 |
CN115636654B (zh) * | 2022-11-01 | 2023-10-24 | 庆阳茂昌弘新材料科技有限公司 | 一种耐碱隔热水泥砂浆 |
CN116553908A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-08-08 | 冶赛尔 | SiO2气凝胶复合材料、含其复合板及其制备和应用 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2264296B (en) * | 1992-02-07 | 1995-06-28 | Zortech Int | Microporous thermal insulation material |
CN102203340A (zh) * | 2008-09-02 | 2011-09-28 | 因特菲斯有限公司 | 低重量地毯和地毯拼片以及制造、定尺寸和安装方法 |
CN101973752B (zh) * | 2010-10-21 | 2013-01-23 | 厦门大学 | 玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
CN103396086A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-11-20 | 厦门大学 | 玻璃纤维增强水玻璃基二氧化硅复合气凝胶的制备方法 |
CN106810139A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-06-09 | 伊科纳诺(北京)科技发展有限公司 | 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法 |
-
2020
- 2020-01-17 CN CN202010051923.5A patent/CN113135732B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113135732A (zh) | 2021-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113135732B (zh) | 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 | |
CN108793943B (zh) | 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法 | |
CN108383487B (zh) | 一种pan预氧纤维毛毡/二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 | |
CN113683343B (zh) | 一种高柔韧性气凝胶毡及其制备方法 | |
CN113896505B (zh) | 一种非连续生产气凝胶毡的方法 | |
CN113683387B (zh) | 疏水阻燃二氧化硅气凝胶陶瓷纤维毡及其制备方法 | |
WO2014110891A1 (zh) | 一种二氧化硅气凝胶的制备方法 | |
CN112047711A (zh) | 一种提高纳米多孔隔热材料高温隔热性能的方法 | |
CN104909375A (zh) | 二氧化碳亚临界干燥法快速制备疏水氧化硅气凝胶的方法 | |
CN114100534A (zh) | 硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法 | |
CN110822816A (zh) | 一种倍半硅氧烷气凝胶的常压干燥方法 | |
CN110787745B (zh) | 一种二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法及二氧化硅气凝胶复合材料 | |
CN113563048B (zh) | 一种低粉尘气凝胶毡及其制备方法 | |
CN108484952A (zh) | 一种复合隔热材料的制备方法 | |
CN104876226A (zh) | 一种用甲醇亚临界干燥快速制备疏水氧化硅气凝胶的方法 | |
CN108676360B (zh) | 一种柔韧性疏水气凝胶复合隔热膜及其制备方法 | |
KR101958995B1 (ko) | 실리카 습윤겔 블랭킷 초임계 건조 방법 | |
CN115043408B (zh) | 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法 | |
CN108328620B (zh) | 疏水型发泡水泥复合硅气凝胶材料的制备方法 | |
CN115010140B (zh) | 一种超疏水氧化硅气凝胶的制备方法 | |
CN110902690A (zh) | 利用反复升降压快速制备疏水型二氧化硅气凝胶的方法 | |
CN110407215A (zh) | 一种气凝胶材料隔热复合板及其制备方法 | |
CN106986605B (zh) | 一种纯水体系制备硅气凝胶及生产方法 | |
CN112142057B (zh) | 一种气凝胶及其基于恒温恒湿干燥的制备方法 | |
CN113860850B (zh) | 一种复合隔热垫及其制作工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220913 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |