CN106753437A - 一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其原料按重量份包括：二氧化硅气凝胶50‑90份，无卤阻燃剂5‑40份，无机纳米阻燃协效剂1‑10份，遮光剂0.1‑2份，分散剂0.1‑0.5份，润滑剂0.2‑0.6份，增强剂1‑5份。本发明还公开了上述低热值二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料混匀得到物料A；将磨球和物料A加入球磨罐中，加入分散溶剂，密封后以100‑300r/min的速度，球磨6‑10h，取出磨球，升温至60‑120℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料。本发明阻燃性好，燃烧热值低。

Description

一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅气凝胶技术领域，尤其涉及一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法。
背景技术
保温隔热材料在建筑材料上的应用近年来已成为人们关注的热点。二氧化硅气凝胶因其极低的导热系数而成为一种新型高效保温隔热材料。气凝胶在民用保温材料尤其是外墙保温方面，相比于传统的聚苯乙烯、聚氨酯等有机材料和发泡水泥、膨胀珍珠岩等传统无机类保温材料，具有不燃、高温不分解、导热系数低等优点，可大大提高保温性能并降低消防安全隐患。另外，由于二氧化硅气凝胶极高的孔隙率，使得介电常数于静止的空气非常接近，因此二氧化硅气凝胶具有优秀的透波性能。
然而二氧化硅气凝胶材料在应用过程中也表现出了一些弊端。因为二氧化硅气凝胶制备过程中的表面疏水改性环节，在结构中引入了可燃的烷基有机基团，在材料受热燃烧过程中有机基团易分解燃烧，并释放出大量的热。这将导致二氧化硅气凝胶材料的热值比较大，已成为了制约二氧化硅气凝胶应用的一大难题。因此，开发一种新型低热值的二氧化硅气凝胶材料十分有必要。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，本发明阻燃性好，燃烧热值低，在保持低燃烧热值的同时，还能避免导热系数和振实密度变的很大的问题，使本发明的导热系数和振实密度增加较小，保持在较低水平。
本发明提出了一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其原料按重量份包括：二氧化硅气凝胶50-90份，无卤阻燃剂5-40份，无机纳米阻燃协效剂1-10份，遮光剂0.1-2份，分散剂0.1-0.5份，润滑剂0.2-0.6份，增强剂1-5份。
优选地，无卤阻燃剂为磷氮阻燃剂。
优选地，无卤阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、焦磷酸铵、三聚氰胺或氰尿酸三聚氰胺中的一种或两种以上组成的混合物。
优选地，无机纳米阻燃协效剂为纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米双氢氧化物、纳米二氧化钛、纳米蒙脱土或纳米三氧化二锑中的一种或两种以上组成的混合物。
优选地，遮光剂为炭黑、碳化硅、二氧化钛、氧化锆中的一种或两种以上组成的混合物。
优选地，分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯或低分子聚乙二醇中的一种。
优选地，润滑剂为滑石粉、硬脂酸镁、硬脂酸镉、硬脂酸铜、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酰胺、三羟基硬脂酸甘油酯、硬脂酸铅或硬脂酸与多元醇二元酸的低分子聚合物中的一种或两种以上组成的混合物。
优选地，增强剂为玻璃纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、合金纤维、金属纤维、莫来石纤维、水镁石纤维、高分子纤维、二氧化锆纤维、陶瓷纤维或环氧树脂中的一种或两种以上组成的混合物。
本发明还提出了上述低热值二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料混匀得到物料A；将磨球和物料A加入球磨罐中，加入分散溶剂，密封后以100-300r/min的速度，球磨6-10h，取出磨球，升温至60-120℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料。
优选地，磨球为玛瑙磨球、陶瓷磨球、不锈钢磨球中的一种。
优选地，磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成。
优选地，磨球与物料A的体积比为2-3：1，且物料A的加入量不大于球磨罐体积的三分之一。
优选地，分散溶剂为易挥发极性溶剂。
优选地，分散溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇、正丁醇、正己烷中的一种。
优选地，低热值二氧化硅气凝胶复合材料的振实密度为0.08-0.5g/mL，导热系数为0.022-0.0511W/(m·K)。
本发明选用二氧化硅气凝胶与无卤阻燃剂、无机纳米阻燃协效剂、遮光剂、分散剂、润滑剂、增强剂以合适比例相互配合，在增加二氧化硅气凝胶阻燃性的同时，降低二氧化硅气凝胶的燃烧热值；通过在球磨过程中的摩擦、冲击、挤压等物理作用力以及摩擦过程中的静电吸附，使得无卤阻燃剂、无机纳米阻燃协效剂与二氧化硅气凝胶相互渗入和扩散，与分散剂、润滑剂相互配合，均匀分散，并且能促进遮光剂、增强剂与无卤阻燃剂、无机纳米阻燃协效剂、二氧化硅气凝胶相互扩散、渗入、吸附，形成桥连，进一步形成内部结构均一的二氧化硅气凝胶复合物材料，从而增加本发明的阻燃性，降低本发明的燃烧热值；无卤阻燃剂和无机纳米阻燃协效剂具有阻燃效率高，环保，不污染环境，毒性小等优点，可以进一步增加本发明的阻燃性，并保护环境；且本发明使用设备少，生产周期短，操作灵活方便，设备运行成本低；各物质相互配合在保持低燃烧热值的同时，还能避免导热系数和振实密度变的很大的问题，使本发明的导热系数和振实密度增加较小，保持在较低水平。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其原料按重量份包括：二氧化硅气凝胶70份，无卤阻燃剂20份，无机纳米阻燃协效剂5份，遮光剂1份，分散剂0.3份，润滑剂0.4份，增强剂3份。
上述低热值二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料混匀得到物料A；将磨球和物料A加入球磨罐中，加入易挥发极性溶剂，密封后以200r/min的速度，球磨8h，取出磨球，升温至90℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料。
实施例2
按照以下表1指定的原料，按重量份称取各原料，将各原料混匀得到物料A；将玛瑙磨球和物料A加入球磨罐中，加入乙醇，密封后以100r/min的速度，球磨10h，取出磨球，升温至60℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其中，玛瑙磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成，磨球与物料A的体积比为2：1。然后检测低热值二氧化硅气凝胶复合材料的燃烧热值、振实密度、导热系数，并与二氧化硅气凝胶纯样比较。
表1
实施例3
按照以下表2指定的原料，按重量份称取各原料，将各原料混匀得到物料A；将陶瓷磨球和物料A加入球磨罐中，加入丙酮，密封后以300r/min的速度，球磨6h，取出磨球，升温至120℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其中，陶瓷磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成，磨球与物料A的体积比为3：1。然后检测低热值二氧化硅气凝胶复合材料的燃烧热值、振实密度、导热系数，并与二氧化硅气凝胶纯样比较。
表2
实施例4
按照以下表3指定的原料，按重量份称取各原料，将各原料混匀得到物料A；将不锈钢磨球和物料A加入球磨罐中，加入正己烷，密封后以200r/min的速度，球磨8h，取出磨球，升温至80℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其中，不锈钢磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成，磨球与物料A的体积比为2.5：1。然后检测低热值二氧化硅气凝胶复合材料的燃烧热值、振实密度、导热系数，并与二氧化硅气凝胶纯样比较。
表3
实施例5
按照以下表4指定的原料，按重量份称取各原料，将各原料混匀得到物料A；将玛瑙磨球和物料A加入球磨罐中，加入异丙醇密封后以200r/min的速度，球磨8h，取出磨球，升温至100℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其中，玛瑙磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成，磨球与物料A的体积比为3：1。然后检测低热值二氧化硅气凝胶复合材料的燃烧热值、振实密度、导热系数，并与二氧化硅气凝胶纯样比较。
表4
由实施例2-5，可以看出本发明的燃烧热值低，且本发明的导热系数和振实密度与二氧化硅气凝胶纯样相比增加较小，保持在较低水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：二氧化硅气凝胶50-90份，无卤阻燃剂5-40份，无机纳米阻燃协效剂1-10份，遮光剂0.1-2份，分散剂0.1-0.5份，润滑剂0.2-0.6份，增强剂1-5份。
2.根据权利要求1所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，无卤阻燃剂为磷氮阻燃剂。
3.根据权利要求1所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，无卤阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、焦磷酸铵、三聚氰胺或氰尿酸三聚氰胺中的一种或两种以上组成的混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，无机纳米阻燃协效剂为纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米双氢氧化物、纳米二氧化钛、纳米蒙脱土或纳米三氧化二锑中的一种或两种以上组成的混合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，遮光剂为炭黑、碳化硅、二氧化钛、氧化锆中的一种或两种以上组成的混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯或低分子聚乙二醇中的一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，润滑剂为滑石粉、硬脂酸镁、硬脂酸镉、硬脂酸铜、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酰胺、三羟基硬脂酸甘油酯、硬脂酸铅或硬脂酸与多元醇二元酸的低分子聚合物中的一种或两种以上组成的混合物。
8.根据权利要求1-7任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料，其特征在于，增强剂为玻璃纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、合金纤维、金属纤维、莫来石纤维、水镁石纤维、高分子纤维、二氧化锆纤维、陶瓷纤维或环氧树脂中的一种或两种以上组成的混合物。
9.一种如权利要求1-8任一项所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料混匀得到物料A；将磨球和物料A加入球磨罐中，加入分散溶剂，密封后以100-300r/min的速度，球磨6-10h，取出磨球，升温至60-120℃，干燥得到低热值二氧化硅气凝胶复合材料。
10.根据如权利要求9所述低热值二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，磨球为玛瑙磨球、陶瓷磨球、不锈钢磨球中的一种；优选地，磨球由粒径分别为8mm、11mm、14mm、20mm的小球组成；优选地，磨球与物料A的体积比为2-3：1，且物料A的加入量不大于球磨罐体积的三分之一；优选地，分散溶剂为易挥发极性溶剂；优选地，分散溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇、正丁醇、正己烷中的一种；优选地，低热值二氧化硅气凝胶复合材料的振实密度为0.08-0.5g/mL，导热系数为0.022-0.0511W/(m·K)。
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