CN117230634A - 一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡及其制备方法，该方法包括：一、玻璃纤维毡的改性处理；二、复合硅源水解液的制备；三、二氧化硅湿凝胶‑玻璃纤维毡复合体的制备；四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备。本发明通过对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理和硅烷偶联剂改性，使其具备大量的反应活性位点C=C，从而通过化学键合的方式与二氧化硅气凝胶复合，提高了两者的结合强度，避免了传统气凝胶复合毡的“掉粉”现象，结合采用索氏提取法进行溶剂置换，显著提高了溶剂的置换效率并大幅降低成本，实现了降本增效；本发明制备的复合毡具有优异的隔热耐温性能，适用于建筑、管道、工业炉体和新能源汽车等领域。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶复合材料技术领域，具体涉及一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡及其制备方法。
背景技术
二氧化硅气凝胶是三维网状的纳米多孔材料，其具有较低的导热系数和密度、较高的孔隙率和比表面积以及耐高低温等性能，广泛应用于军工、航天、建筑等领域。现有二氧化硅气凝胶毡中气凝胶与纤维毡结合不牢，存在易掉粉难题，严重影响了气凝胶毡的性能。
目前，气凝胶-无机纤维毡复合材料存在“掉粉”严重和制备成本较高的问题，制约了其大规模的推广应用。“掉粉”问题是由于气凝胶和纤维毡粘接力不够且气凝胶本身力学强度不足而造成的。中国专利CN116024811A公开了一种纳米纤维增强气凝胶无机纤维复合材料的制备方法，其采用惰性气体产生的等离子体轰击纤维，增加表面粗糙度和形成含C遮光剂层，强化了气凝胶和纤维的粘接，其本质还是通过物理结合的方式复合，提升空间有限。相比之下，通过化学键合的方式将气凝胶与玻璃纤维毡复合在一起，其结合强度更高、稳定性更好。
常压干燥具有成本低的显著优势，但为了保持气凝胶的多孔结构，在干燥前必须对湿凝胶复合材料进行水洗除杂、溶剂置换和表面改性等处理，而采用传统的长时间、多次浸泡工艺进行处理，需大量使用有机溶剂，不仅提高生产成本，而且降低气凝胶的制备效率，亟需开发新技术以降本增效，其中循环使用有机溶剂是实现降本增效的关键。索氏提取法可循环使用溶剂，具体地，将湿凝胶复合材料放入索氏提取器中，在底部烧瓶中加入溶剂并加热，溶剂气体向上蒸发经过冷凝回流入提取器中，当其体积大于虹吸量时，溶剂重新流回底部烧瓶，循环往复。利用其自动抽提的特性对湿凝胶复合材料进行水洗除杂、溶剂置换和表面改性，避免多次更换新溶剂，从而大幅减少溶剂用量和人为操作，显著提高生产效率，降低制造成本。中国专利CN105377758A《疏水二氧化硅气凝胶的制备方法》提出将索氏提取法用于制备二氧化硅气凝胶，其在低压条件下采用CO2和二甲基醚等气体对湿凝胶进行循环处理，进而同时实现提取溶剂和干燥，但该方法需额外增加控压和泵气系统，增加了制造成本。相比之下，采用传统的索氏提取法进行湿凝胶的前处理，避免了设备的大量投入，更有利于气凝胶的大规模生产和推广应用。然而，其不足在于除杂效率随抽提次数增加而降低，以醇置换水为例，当醇从提取器中流回底部烧瓶时，会带回大量湿凝胶中的水，再次蒸发时则会将水重新带回提取器中，从而导致醇的置换效果减弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法。该方法通过对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理和硅烷偶联剂改性，使其通过化学键合与二氧化硅气凝胶复合，提高了两者的结合强度，解决了传统气凝胶复合毡掉粉严重问题，同时采用改进的索氏提取法进行溶剂置换，显著提高了溶剂的置换效率，大幅提高复合毡的制备效率并降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理，然后采用含有碳碳双键的硅烷偶联剂进行改性，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：分别制备正硅酸乙酯水解液和硅源B水解液，然后将硅源B水解液滴加到正硅酸乙酯水解液中，再加入光引发剂，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在紫外光照下进行点击化学反应，然后加入氨水，得到二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入吸水剂，然后分别加入乙醇和正己烷进行溶剂置换，经常压干燥，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
本发明先采用氧等离子体对玻璃纤维毡进行羟基化处理，增加玻璃纤维毡表面羟基活性位点的数量，然后采用含有碳碳双键的硅烷偶联剂进行C=C接枝改性，为下一步与二氧化硅进行化学键合提供反应活性位点C=C，再将改性玻璃纤维毡浸渍于复合硅源水解液中进行反应并加入氨水实现凝胶化，获得二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体，将二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于索氏提取器中，并在底部烧瓶中加入吸水剂，之后依次加入乙醇和正己烷进行溶剂置换，置换过程中，加入烧瓶中的溶剂受热蒸发成气体，向上经冷凝回流后流入提取器作用于复合体进行置换，当置换液体积大于索氏提取器的虹吸体积时，溶剂携带置换出的水分重新流回底部烧瓶，而吸水剂将水分及时除去，确保了再次蒸发循环时仅有溶剂流入提取器中，显著提高了溶剂的置换效果，并降本增效。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述含有碳碳双键的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570，且KH570与氧等离子体处理后玻璃纤维毡的质量比为1：4~5，所述改性处理的温度为55℃，时间为2h。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧等离子体处理的功率为10W~30W，时间为1min~2min。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤二中制备正硅酸乙酯水解液的水解时间为5h~7h，制备硅源B水解液的水解时间为1h。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤二中所述硅源B水解液中的硅源B为γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590，且KH590与正硅酸乙酯水解液中正硅酸乙酯TEOS的摩尔比为0.1~0.3：1；所述光引发剂为1173型光引发剂，加入质量为硅源B质量的2%。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤三中所述紫外光照的波长为365nm。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤三中所述点击化学反应的光强为50mW/cm2，时间为120min。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的体积与索氏提取器的虹吸体积之比不超过0.47：1，所述吸水剂为硅胶，且硅胶质量为二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体中水质量的1.5~3.5倍；所述加入乙醇的体积与索氏提取器的虹吸体积之比为1~2：1，加入正己烷的体积为二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体体积的4.5倍。
本发明中索氏提取器的虹吸体积是指提取器中液体发生虹吸的最小体积。
上述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤四中加入乙醇进行溶剂置换的加热温度为80℃~95℃，时间为10h~12h，加入正己烷进行溶剂置换的加热温度为69℃~78℃，时间为6h~12h。
此外，本发明还公开了一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡，其特征在于，由上述的方法制备得到。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理和硅烷偶联剂改性，使其具备大量的反应活性位点C=C，从而通过化学键合的方式与二氧化硅气凝胶复合，提高了两者的结合强度，避免了玻璃纤维毡与二氧化硅气凝胶因粘结力不够、力学强度不足造成的“掉粉”现象，提高了产物二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的稳定性，进而保证其隔热耐温性能。
2、本发明采用点击化学反应作为玻璃纤维毡与二氧化硅气凝胶的化学结合方法，由于该反应以紫外光能的引发的方式进行，反应过程精确且不会引入额外杂质，反应速率快，且更为环保。
3、本发明采用氧等离子体处理取代传统的化学刻蚀，大大提高了处理效率，简化了工艺；此外，本发明采用KH590为硅源，为下一步点击化学反应提供了巯基，参与C=C双键反应，进一步提高了玻璃纤维毡与二氧化硅湿凝胶的结合强度。
4、本发明采用索氏提取法取代传统溶剂浸泡法，对二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体进行溶剂置换，通过在底部烧瓶中放置吸水剂以及时除去置换回流的水，确保溶剂循环蒸发置换时仅有溶剂流入提取器中，优化了索氏提取工艺，显著提高了溶剂的置换效率，可循环使用有机溶剂，大幅降低成本，节约制备时间，实现了降本增效。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先将10g玻璃纤维毡置于功率为10W的氧等离子体氛围下进行氧等离子体处理1min，然后在室温将2g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于98mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将上述经氧等离子体处理后的玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解5h，得到正硅酸乙酯水解液；将2.35g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、14.6g乙醇和2.3g水混合均匀，加入0.047g的1173型光引发剂，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在波长为365nm的紫外光照下进行点击化学反应，光强为50mW/cm2，时间为120min，反应完毕后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于虹吸体积为250mL的索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入16.2g硅胶，然后采用250mL乙醇进行溶剂置换，加热温度为80℃，时间为12h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用529mL正己烷进行溶剂置换，加热温度为69℃，时间为12h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：在室温将2g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于98mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将10g玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解5h，得到正硅酸乙酯水解液；将2.35g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、14.9g乙醇和2.3g水混合均匀，加入0.047g的1173型光引发剂，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在波长为365nm的紫外光照下进行点击化学反应，光强为50mW/cm2，时间为120min，反应完毕后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入16.2g硅胶，然后采用250mL乙醇进行溶剂置换，加热温度为80℃，时间为12h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用450mL正己烷进行溶剂置换，加热温度为69℃，时间为12h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先将10g玻璃纤维毡置于功率为20W的氧等离子体氛围下进行氧等离子体处理1.5min，然后在室温将2.22g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于97.8mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将上述经氧等离子体处理后的玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解6h，得到正硅酸乙酯水解液；将4.7g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、29.1g乙醇和4.6g水混合均匀，加入0.094g的1173型光引发剂，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在波长为365nm的紫外光照下进行点击化学反应，光强为50mW/cm2，时间为120min，反应完毕后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于虹吸体积为250mL的索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入32.75g硅胶，然后采用375mL乙醇进行溶剂置换，加热温度为87.5℃，时间为11h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用450mL正己烷进行溶剂置换，加热温度为73.5℃，时间为9h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
对比例2
本对比例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先将10g玻璃纤维毡置于功率为20W的氧等离子体氛围下进行氧等离子体处理1.5min，然后在室温将2.22g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于97.8mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将上述经氧等离子体处理后的玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解6h，得到正硅酸乙酯水解液；将4.7g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、29.1g乙醇和4.6g水混合均匀，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中120min，然后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于虹吸体积为250mL的索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入32.75g硅胶，然后采用375mL乙醇进行溶剂置换，加热温度为87.5℃，时间为11h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用450mL正己烷进行溶剂置换，加热温度为73.5℃，时间为9h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先将10g玻璃纤维毡置于功率为30W的氧等离子体氛围下进行氧等离子体处理2min，然后在室温将2.5g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于98mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将上述经氧等离子体处理后的玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解7h，得到正硅酸乙酯水解液；将7.06g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、43.65g乙醇和6.9g水混合均匀，加入0.14g的1173型光引发剂，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在波长为365nm的紫外光照下进行点击化学反应，光强为50mW/cm2，时间为120min，反应完毕后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于虹吸体积为250mL的索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入53.9g硅胶，然后采用500mL乙醇进行溶剂置换，加热温度为95℃，时间为10h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用450mL正己烷进行溶剂置换，加热温度为78℃，时间为6h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
对比例3
本对比例包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先将10g玻璃纤维毡置于功率为30W的氧等离子体氛围下进行氧等离子体处理2min，然后在室温将2.5g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570缓慢溶解于98mL乙醇中，并加入乙酸调节至pH值4.0得到改性液，再将上述经氧等离子体处理后的玻璃纤维毡浸渍于上述改性液中，在55℃下进行改性处理2h，之后依次采用450mL水洗涤3次、150mL乙醇洗涤1次，在60℃下干燥4h，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：室温下将25g正硅酸乙酯、44g乙醇和8.5g水混合均匀，加入1mol/L盐酸调节至pH值为2.6，经催化水解7h，得到正硅酸乙酯水解液；将7.06g的γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590、43.65g乙醇和6.9g水混合均匀，加入0.14g的1173型光引发剂，之后加入2mol/L的乙酸调节pH值为4.1，经催化水解1h，得到硅源B水解液；
将硅源B水解液缓慢滴加到正硅酸乙酯水解液中，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在波长为365nm的紫外光照下进行点击化学反应，光强为50mW/cm2，时间为120min，反应完毕后加入0.5mol/L的氨水调节pH值至5.9，完成凝胶化，得到117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的117.5mL二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于盛有250mL乙醇的烧杯中浸泡10h，利用乙醇多次置换复合体中的水分，再采用450mL正己烷浸泡4次，每次1.5h，利用正己烷多次置换留存在复合体中的乙醇，完成后将复合体置于鼓风烘箱中，分别在60℃和120℃下干燥2h，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
对本发明实施例1~实施例3和对比例1~3中制备的二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡进行性能测试：
（1）导热系数测试：分别裁剪三组（每组两块）尺寸为30mm×30mm（长×宽）的二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡，采用瞬态热线法进行导热系数试验测试，每组样品测三次取平均值，每种样品取三组导热系数的平均值作为导热系数结果，如下表1所示；
（2）掉粉率测试：将氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡样品进行180°弯折100次，然后记录弯折前后质量变化，从而计算掉粉率，每种样品测试三次取平均值作为掉粉率结果，如下表1所示。
从表1可知，本发明实施例1~实施例3制备的二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的导热系数和掉粉率均低于对比例1~3。其中，相较于对比例1直接对玻璃纤维毡进行改性，实施例1通过预先对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理提高了其活性位点数量，提高了两者的结合力，减少了“掉粉”现象；相较于对比例2直接采用浸渍法进行二氧化硅湿凝胶与玻璃纤维毡复合，实施例2通过加入光引发剂在紫外光照下进行点击化学反应，实现了化学结合，大幅提高了两者的结合力，大大减少了“掉粉”现象并提高复合毡的隔热耐温性能；相较于对比例3采用直接浸泡进行溶剂置换，实施例3采用索氏提取法，通过在底部烧瓶中放置吸水剂以及时除去置换回流的水，提高了置换效果，改善了复合毡的质量，大大提高了复合毡的隔热耐温性能。
综上，本发明通过对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理和硅烷偶联剂改性，提高了二氧化硅气凝胶与玻璃纤维毡的结合强度，避免了玻璃纤维毡与二氧化硅气凝胶因粘结力不够、力学强度不足造成的“掉粉”现象，结合采用索氏提取法并放置吸水剂进行充分置换，有效保证了二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的隔热性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、玻璃纤维毡的改性处理：先对玻璃纤维毡进行氧等离子体处理，然后采用含有碳碳双键的硅烷偶联剂进行改性，得到改性玻璃纤维毡；
步骤二、复合硅源水解液的制备：分别制备正硅酸乙酯水解液和硅源B水解液，然后将硅源B水解液滴加到正硅酸乙酯水解液中，再加入光引发剂，得到复合硅源水解液；
步骤三、二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的制备：将步骤一中得到的改性玻璃纤维毡浸渍于步骤二中得到的复合硅源水解液中，在紫外光照下进行点击化学反应，然后加入氨水，得到二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体；
步骤四、二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备：将步骤三中得到的二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体置于索氏提取器中，并在索氏提取器底部烧瓶中加入吸水剂，然后分别加入乙醇和正己烷进行溶剂置换，经常压干燥，得到二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述含有碳碳双键的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570，且KH570与氧等离子体处理后玻璃纤维毡的质量比为1：4~5，所述改性处理的温度为55℃，时间为2h。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧等离子体处理的功率为10W~30W，时间为1min~2min。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤二中制备正硅酸乙酯水解液的水解时间为5h~7h，制备硅源B水解液的水解时间为1h。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤二中所述硅源B水解液中的硅源B为γ-巯丙基三甲氧基硅烷KH590，且KH590与正硅酸乙酯水解液中正硅酸乙酯TEOS的摩尔比为0.1~0.3：1；所述光引发剂为1173型光引发剂，加入质量为硅源B质量的2%。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤三中所述紫外光照的波长为365nm。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤三中所述点击化学反应的光强为50mW/cm2，时间为120min。
8.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体的体积与索氏提取器的虹吸体积之比不超过0.47：1，所述吸水剂为硅胶，且硅胶质量为二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体中水质量的1.5~3.5倍；所述加入乙醇的体积与索氏提取器的虹吸体积之比为1~2：1，加入正己烷的体积为二氧化硅湿凝胶-玻璃纤维毡复合体体积的4.5倍。
9.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡的制备方法，其特征在于，步骤四中加入乙醇进行溶剂置换的加热温度为80℃~95℃，时间为10h~12h，加入正己烷进行溶剂置换的加热温度为69℃~78℃，时间为6h~12h。
10.一种二氧化硅气凝胶/玻璃纤维复合毡，其特征在于，由权利要求1~9中任一权利要求所述的方法制备得到。
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| CN117867849A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 广州奥王达皮具有限公司 | 一种具有防腐蚀作用的箱包布面料及其制备方法 |
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- 2023-11-03 CN CN202311450795.1A patent/CN117230634A/zh active Pending
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| CN117867849B (zh) * | 2024-03-12 | 2024-05-03 | 广州奥王达皮具有限公司 | 一种具有防腐蚀作用的箱包布面料及其制备方法 |
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