1.本发明属于气凝胶纳米材料技术领域；涉及一种气凝胶隔热复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.sio2气凝胶是一种多孔绝热材料，孔隙率较高(99.8％以上)，孔径在纳米尺度范围内，热导率比室温空气更低(0.013w/(mk))，因而sio2气凝胶又称为超级隔热材料，在工业和建筑材料的保温隔热领域应用广泛。
3.目前为止，国内外制备硅气凝胶主要是以正硅酸乙酯类有机物为硅源，并通过超临界干燥工艺进行制备。利用水玻璃为硅源制备硅气凝胶，容易含有钠离子等杂质，需要进行离子交换等处理。而采用超临界流体干燥技术，虽然能够保持气凝胶材料的完整性和优良的孔隙结构特征，但操作复杂，危险性大，成本高，进一步限制了硅气凝胶材料的大规模应用。
4.中国专利申请cn107858050a公开了一种sio2气凝胶隔热保温涂料，包括按重量份计的以下组分：50
‑
100份基体漆、5
‑
20份sio2气凝胶、2
‑
10份具有二氧化钛涂层的空心玻璃微珠、0.05
‑
0.2份二甲基羟基硅油、0.05
‑
0.2份十六烷基三甲基溴化铵、10
‑
25份固化剂和2
‑
10份助剂；所述助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂。该sio2气凝胶隔热保温涂料中，sio2气凝胶配合具有涂层的空心玻璃微珠，协同增效地提高保温隔热作用。
5.然而，在该专利申请中，sio2气凝胶未经任何表面改性，属于疏水性物质，与作为基体漆的丙烯酸乳液相容性不好；同时，sio2气凝胶表面能较高，容易发生团聚，同时二次粒子的连接面积较小，导致涂料的隔热保温效果不佳，同时力学性能较差。
6.针对现有技术存在的上述缺陷，迫切需要寻找一种具有更佳隔热保温效果和力学性能的气凝胶隔热复合材料及其制备方法。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种气凝胶隔热复合材料及其制备方法。所述气凝胶隔热复合材料不仅隔热保温效果更好；同时力学性能更佳。
8.为实现上述目的，本发明首先提供了一种复合气凝胶，由sic纳米颗粒，硅溶胶，乙醇，水和二甲基甲酰胺的混合液凝胶化再常压干燥得到；其特征在于，所述sic纳米颗粒选自kh
‑
570改性的sic纳米颗粒。
9.根据本发明所述的复合气凝胶，其中，sic纳米颗粒的平均粒径为20
‑
60nm。
10.根据本发明所述的复合气凝胶，其中，硅溶胶平均粒径为10
‑
20nm，固含量为20
‑
40％。
11.根据本发明所述的复合气凝胶，其中，sic纳米颗粒与硅溶胶的重量体积比为(2
‑
4)g：100ml。
12.根据本发明所述的复合气凝胶，其中，硅溶胶，乙醇和水的体积比为(6
‑
10)：(12
‑
20)：1。
13.根据本发明所述的复合气凝胶，其中，二甲基甲酰胺加入量为混合液体积的0.5
‑
1.5％。
14.另一方面，本发明还提供了一种根据本发明所述的复合气凝胶的制备方法，所述制备方法包括：
15.将sic纳米颗粒分散于乙醇中，得到sic分散液；
16.将硅溶胶，乙醇，水和二甲基甲酰胺加入到sic分散液中，得到混合液；
17.混合液凝胶化；
18.任选地，老化，溶剂交换；
19.常压干燥。
20.其次，本发明还提供了一种气凝胶隔热复合材料，其特征在于，所述材料由kh
‑
570改性的根据本发明所述的复合气凝胶和丙烯酸单体反应得到。
21.根据本发明所述的气凝胶隔热复合材料，其中，所述kh
‑
570改性的复合气凝胶和丙烯酸单体的重量体积比为1g：(0.1
‑
0.3)ml。
22.又一方面，本发明还提供了一种根据本发明所述的气凝胶隔热复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
23.复合气凝胶进行kh
‑
570改性；
24.改性的复合气凝胶和丙烯酸单体反应。
25.本发明的有益效果是：相对于现有技术，根据本发明所述气凝胶隔热复合材料不仅隔热保温效果更好；同时力学性能更佳。
具体实施方式
26.下面结合实施例，进一步说明本发明，并不限定本发明的应用。
27.在本发明具体实施方式中，sic纳米颗粒购自北京德科岛金科技有限公司，产品型号为dk
‑
sic
‑
001；平均粒径为40nm，体积密度为0.11g/cm3，比表面积为39.8m2/g。
28.硅溶胶购自北京德科岛金科技有限公司，产品型号为jl
‑
sio2
‑
z15，平均粒径为15nm，固含量为30％。
29.kh
‑
570购自上海永研化工科技有限公司。
30.柔性丙烯酸乳液(成膜乳液)购自上海保立佳化工有限公司，产品型号为blj
‑
963m，固含量为54％。
31.聚丙烯酸铵盐(分散剂orotan 1124)购自美国罗门哈斯中国公司，固含量为50％。
32.聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液(润湿剂byk
‑
306)购自德国byk公司。
33.有机硅消泡剂(adeka nate b
‑
199)购自上海艾迪科精细化工有限公司，粘度为2500cp。
34.金红石型二氧化钛纳米颗粒购自北京德科岛金科技有限公司，产品型号为dk405
‑
3，平均粒径为200nm，比表面积为15m2/g。
35.中空玻璃微珠购自上海汇精亚纳米新材料有限公司，产品型号为s
‑
38，50％粒径为40nm以下，体积密度为0.38g/cm3。
36.阴离子型增稠剂(tt
‑
935)购自美国罗门哈斯中国公司，固含量为30％。
37.成膜助剂醇酯
‑
12购自美国伊士曼化工有限公司。
38.sic纳米颗粒的改性
39.配制50ml体积浓度为2％的kh
‑
570乙醇溶液，使用醋酸调节ph＝4.0。将10gsic纳米颗粒加入到上述kh
‑
570乙醇溶液，在55℃条件下进行改性反应。反应结束后，将反应混合物在12000rpm转速下离心10min，得到固体沉淀。使用无水乙醇洗涤3次，80℃干燥，得到改性的sic纳米颗粒(a1)。
40.sic
‑
sio2复合气凝胶的制备
41.将1.2g改性的sic纳米颗粒加入到80ml无水乙醇中，超声使其分散均匀，得到sic乙醇分散液。先后将40ml硅溶胶(固含量为30％)和5ml去离子水加入到sic乙醇分散液中，再加入1ml二甲基甲酰胺dmf，超声使其分散均匀。室温静置，获得sic
‑
sio2复合湿凝胶。湿凝胶形成后在室温下老化24h；再使用体积浓度50％的乙醇水溶液和无水乙醇分别浸泡24h，期间8h更换一次相应的溶液。最后，在60℃干燥48h，得到sic
‑
sio2复合气凝胶(a2)。
42.sic
‑
sio2复合气凝胶的改性
43.将5gsic
‑
sio2复合气凝胶置于60ml乙醇中，再加入0.5ml 25％氨水溶液，超声使其分散均匀。再加入1gkh
‑
570，超声使其分散均匀，在密闭条件下70℃反应36h；然后开口加热4h。反应结束后，将反应混合物在12000rpm转速下离心10min，得到固体沉淀。使用无水乙醇洗涤3次，80℃干燥，得到kh
‑
570改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a3)。再将1g kh
‑
570改性的sic
‑
sio2复合气凝胶分散于9ml无水乙醇中，在氮气气氛中，依次加入10ml体积浓度为2％丙烯酸单体乙醇溶液和10ml 0.015g过硫酸钾水溶液，在80℃条件下反应12h。反应结束后，将反应混合物在12000rpm转速下离心10min，得到固体沉淀。使用无水乙醇洗涤3次，80℃干燥，得到聚丙烯酸改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a4)。
44.气凝胶隔热涂料的制备
45.气凝胶隔热涂料配方如下：blj
‑
963m 40wt％；聚丙烯酸改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a4)15wt％；orotan 11242wt％；byk
‑
3060.2wt％；2371adeka nate b
‑
1990.3wt％；dk405
‑
34wt％；s
‑
384％；tt
‑
9352wt％；醇酯
‑
121wt％；氨水0.5wt％；去离子水余量。
46.将配方量的orotan 1124、byk
‑
306和1/2配方量的b
‑
199加入到去离子水中，搅拌使其混合均匀；然后加入配方量的聚丙烯酸改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a4)，8000rpm转速高速匀浆10min；再加入配方量的dk405
‑
3，搅拌使其混合均匀；再加入配方量的blj
‑
963m、醇酯
‑
12和s
‑
38，搅拌使其混合均匀；然后加入氨水和1/2配方量的b
‑
199，搅拌使其混合均匀；最后加入tt
‑
935，搅拌使其混合均匀，得到气凝胶隔热涂料。
47.隔热测试
48.隔热测试参照国标gb/t 25261
‑
2018进行。隔热温差测试装置包括加热装置(250w红外灯)、测试温度装置(pt电阻探头和温度自动显示仪)和保温隔热箱(由六块36cmx36cmx3cm的聚乙烯泡沫板围成，聚乙烯泡沫板导热系数为0.023w/mk；顶部的聚乙烯泡沫板切割出15cmx7.5cmx3cm的方形孔洞，用于放置测试样板或空白样板)；加热装置位于测试样板中心正上方30cm处；pt电阻探头与测试样板底部接触。测试样板涂覆1mm厚度的气凝胶隔热涂料。分别记录加热60min后空白样板和测试样板的温度。二者差值作为隔热温差。前述气凝胶隔热涂料的隔热温差为18.6℃。
49.附着力测试
50.附着力测试参照国标gb/t 1720
‑
1979(1989)的划格法进行。
51.前述气凝胶隔热涂料的附着力为1级。
52.比较试验
53.以sic
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sio2复合气凝胶(a2)和kh
‑
570改性的sic
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sio2复合气凝胶(a3)替换聚丙烯酸改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a4)，按照相同方法制备气凝胶隔热涂料，分别进行隔热测试和附着力测试。结果表明，(a2)和(a3)的隔热温差分别为12.7℃和11.4℃；附着力均为2级。
54.以未改性的sic纳米颗粒(a1’)替换改性的sic纳米颗粒(a1)，依次进行sic
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sio2复合气凝胶(a2’)、kh
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570改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a3’)和聚丙烯酸改性的sic
‑
sio2复合气凝胶(a4’)，按照相同方法以(a4’)替换(a4)制备气凝胶隔热涂料，分别进行隔热测试和附着力测试。结果表明，(a4’)的隔热温差分别为16.9℃；附着力均为1级。
55.不希望局限于任何理论，使用本发明特定的气凝胶改善了sio2气凝胶表面能和二次粒子的连接面积，由此改善了力学性能和隔热性能。
56.应理解，本发明的具体实施方式仅用于阐释本发明的精神和原则，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。