本发明涉及保温材料领域，特别涉及一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法。
背景技术：
：二氧化硅气凝胶是一种具有纳米孔的非晶体固体材料，具有高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等优异性能，可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200℃以上时才会熔化，因此气凝胶在保温隔热领域有着广阔的应用前景。现有的气凝胶建筑隔热材料虽达到相应标准，但是均具有制作工艺过于复杂、冗长的缺点。中国专利cn106830990a公布了一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法，该方法以多孔地质聚合物为基体，二氧化硅气凝胶为填充体，采用溶胶-浸泽-凝胶的方法，将二氧化硅气凝胶嵌入多孔地质聚合物的孔隙中，形成多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。该材料具有强度高、耐高温等优点，但制作过程较为复杂，制作成本较高。中国专利cn108328620a公布了一种疏水型发泡水泥复合硅气凝胶材料的制备方法，该方法使用正硅酸四乙酯作为前驱体，有机硅烷作为改性剂，用真空浸渍实现材料的复合，最终经超临界干燥得到气凝胶材料。该材料具有良好的隔热性能，导热率低，但强度仍不够，且制备过程复杂、成本较高。因此，有必要用一种过程简单、成本低廉的方法制备出综合性能优异的复合隔热材料。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法，目的是为了降低制备成本和制备周期，得到一种具有高抗压强度、高疏水性、低密度和低导热率的复合隔热材料。为了达到上述目的，本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料的制备方法，包括以下步骤：(1)发泡地质聚合物块体的制备：将水泥和双氧水溶液按质量比为30:9～15的比例混合均匀，搅拌后倒入模具，固化和养护后得到发泡地质聚合物块体；(2)气凝胶溶液的制备：将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入hcl溶液至ph呈酸性，搅拌后进行水解，降温至7～9℃，得到气凝胶溶液；其中，去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:3～8；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1；(3)复合隔热材料的制备：将步骤(1)所得块体降温至7～9℃，向所述块体中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，经恒温凝胶和干燥后得到发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。优选地，所述步骤(1)中双氧水溶液浓度为3～5％。优选地，所述步骤(1)中养护时间为5～28d不等。优选的，所述步骤(2)中加入的hcl溶液浓度为0.1mol/l，加入hcl是为了给前驱体的水解提供酸性环境；加入后搅拌时间为3～8min。优选地，所述步骤(2)中混合溶液在水浴锅中水解，水解温度为45℃，每30min搅拌1～3min，水解完全后混合溶液不再浑浊。。优选地，所述步骤(3)中胶体凝胶时间为1.5～2h，温度为7～9℃。优选地，所述步骤(4)中干燥具体为在常压下，于80～100℃干燥7～9h。本发明还提供一种由上述方法制备而成的发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。本发明的上述方案有如下的有益效果：(1)本发明提供的制备方法中前驱体仅为甲基三乙氧基硅烷和少量的十六烷基三甲基溴化铵，减少了原料成本。(2)本发明提供的制备方法中使用溶胶凝胶两步法并利用地质聚合物高碱性取代溶胶凝胶两步法中的碱性催化剂，无需真空浸渍、超临界干燥、表面改性和老化等繁琐步骤，降低了制备成本和制备周期，提高了生产效率。(3)本发明提供的发泡地质聚合物中水泥和双氧水的配比使其块体具有优良的孔径分布。(4)本发明提供的复合隔热材料轴向抗压大于4.6mpa；导热率低于0.092w/(m·k)；疏水角度大于140°；密度低于1.17g/cm3。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。本发明针对现有的问题，提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法，解决或改善了现有气凝胶复合材料制作工艺复杂，成本高等问题。通过采用凝胶两步法以及利用地质聚合物的高碱性取代凝胶两步法中的碱性催化剂等方式来达到简化施工工艺，降低制作成本，得到高性能的复合隔热材料的目的。实施例1一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，由发泡地质聚合物块体和气凝胶溶液合成，其中发泡地质聚合物块体由水泥和双氧水溶液按质量比30:9合成，气凝胶溶液由甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵合成，其中去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:3；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1，具体步骤如下：(1)将水泥和浓度为3％的双氧水溶液按比例混合均匀，机械搅拌后倒入模具，固化后得到发泡地质聚合物块体，养护5d；(2)将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵按比例混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入浓度为0.1mol/l的hcl溶液至ph呈酸性，搅拌3min后在45℃水浴锅中进行水解，等溶液不再浑浊后冰水浴将其降温至7℃，得到气凝胶溶液；(3)将步骤(1)所得块体在恒温箱中降温至7℃，放入容器中，向容器中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，将容器置于7℃恒温箱中，待胶体凝胶1.5h后，再在常压、80℃的条件下干燥7h，得到复合隔热材料成品。实施例2一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，由发泡地质聚合物块体和气凝胶溶液合成，其中发泡地质聚合物块体由水泥和双氧水溶液按质量比30:15合成，气凝胶溶液由甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵合成，其中去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:8；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1，具体操作如下：(1)将水泥和浓度为5％的双氧水溶液按比例混合均匀，机械搅拌后倒入模具，固化后得到发泡地质聚合物块体，养护28d；(2)将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵按比例混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入浓度为0.1mol/l的hcl溶液至ph呈酸性，搅拌8min后在45℃水浴锅中进行水解，等溶液不再浑浊后冰水浴将其降温至9℃，得到气凝胶溶液；(3)将步骤(1)所得块体在恒温箱中降温至9℃，放入容器中，向容器中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，将容器置于9℃恒温箱中，待胶体凝胶2h后，再在常压、100℃的条件下干燥9h，得到复合隔热材料成品。实施例3一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，由发泡地质聚合物块体和气凝胶溶液合成，其中发泡地质聚合物块体由水泥和双氧水溶液按质量比30:13合成，气凝胶溶液由甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵合成，其中去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:5；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1，具体操作如下：(1)将水泥和浓度为4％的双氧水溶液按比例混合均匀，机械搅拌后倒入模具，固化后得到发泡地质聚合物块体，养护15d；(2)将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵按比例混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入浓度为0.1mol/l的hcl溶液至ph呈酸性，搅拌5min后在45℃水浴锅中进行水解，等溶液不再浑浊后冰水浴将其降温至8℃，得到气凝胶溶液；(3)将步骤(1)所得块体在恒温箱中降温至8℃，放入容器中，向容器中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，将容器置于8℃恒温箱中，待胶体凝胶1.8h后，再在常压、90℃的条件下干燥8h，得到复合隔热材料成品。实施例1～3所得复合隔热材料性能测试结果如下表所示：性能参数块密度导热率轴向抗压疏水角实施例11.34g/cm30.08w/(m·k)3.7mpa140-155°实施例21.53g/cm31.041w/(m·k)5.4mpa140-155°实施例31.17g/cm30.092w/(m·k)4.6mpa140-155°以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)发泡地质聚合物块体的制备：将水泥和双氧水溶液按质量比为30:9～15的比例混合均匀，搅拌后倒入模具，固化和养护后得到发泡地质聚合物块体；
(2)气凝胶溶液的制备：将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵混合均匀，得到混合溶液；向所得混合溶液中加入hcl溶液至ph呈酸性，搅拌后进行水解，降温至7～9℃，得到气凝胶溶液；
其中，去离子水与甲基三乙氧基硅烷的体积比为27:3～8；去离子水与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2700:1；
(3)复合隔热材料的制备：将步骤(1)所得块体降温至7～9℃，向所述块体中加入步骤(2)所得气凝胶溶液至所述块体被完全浸没，经恒温凝胶和干燥后得到发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述双氧水溶液浓度为3～5％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中养护时间为5～28d。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中hcl溶液浓度为0.1mol/l，搅拌时间为3～8min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中水解在水浴中进行，水解温度为45℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中凝胶时间为1.5～2h，温度为7～9℃。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中干燥具体为在常压下，于80～100℃干燥7～9h。
8.一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料，其特征在于，所述复合隔热材料由权利要求1～7任意一项所述方法制备而成。
技术总结本发明提供了一种发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及其制备方法，所述方法包括：用水泥和双氧水溶液制得发泡地质聚合物块体；将甲基三乙氧基硅烷、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵混合后加入HCl溶液，水解后制得气凝胶溶液；将所得发泡地质聚合物块体和气凝胶溶液混合、凝胶和干燥后得到发泡地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。本方法制得的复合隔热材料具有高疏水性、高强度、低密度和低导热率的优点，制备工艺利用了地质聚合物的高碱性取代了两步凝胶法中的碱性催化剂，降低了制备成本和制备周期，可实现连续化生产。
技术研发人员：李治;邓曦;武晓旭;刘琼
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.02.11
技术公布日：2020.06.05
