陶瓷纳米纤维绝热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷纳米纤维绝热材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3‑5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，待用；（2）将40‑60wt%的5mm‑15mm的纤维加入到纳米陶瓷高温结合剂中搅拌混合均匀，静置24小时，在烘干温度为110℃‑350℃，烘干24小时。本发明专利技术纳米陶瓷复合材料容重为0.20g/cm3±10%，热面温度600℃时，导热系数小于0.060W/m·k，材料使用较少，操作简单，在生产中节省工时和成本，得到的纳米陶瓷纤维复合材料质轻并且可以在高温下长期使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及绝热材料领域，特别是一种陶瓷纳米纤维绝热材料及其制备方法。
技术介绍
2014年我国能源消耗量居世界第一，能源利用效率低，碳排放量远远超过发达国家，节能减排作为解决能源短缺最有效的方法，强化保温是一种行之有效的措施。1992年，美国学者HuntAJ在国家工程大会上首次提出绝热概念，在之后的二十多年间，绝热材料得到迅速发展，而近年来由于纳米材料的兴起，尤其是气凝胶材料作为无极绝热领域导热率最低的材料得到广泛的应用，其中以二氧化硅气凝胶材料表现尤其优异，但是由于二氧化硅气凝胶材料的固有强度低，脆性大以及容易开裂等缺点，限制了其在实际中的使用，于是引入纤维等增强体，提高材料本身的性能。国内外学者在此项目上进行了大量的研究，并取得了显著的成果。授权公告号为CN1186298C的中国专利技术专利公开了一种致密型陶瓷纤维喷涂衬里及其施工工艺，由陶瓷和高温结合剂组成，高温结合剂包括Al2O3微粉、SiO2微粉、纳米级Al2O3粉、氨水和水以及适量外加剂与陶瓷纤维结合得到致密型陶瓷纤维喷涂衬里的体积密度为0.3-0.49g/cm3。授权公告号为CN102942332B的中国专利技术专利公开了一种复合纳米孔绝热材料及其制备方法。使用SiO2粉体20-40份，Al2O3粉体0-20份、遮光剂1-10份、粘结剂1-5份、无机连续纤维40-80份、以及循环使用的作为载体的溶剂80-100份，首先将无机连续纤维制得无机连续纤维毡，然后将粉体、遮光剂和粘结剂加入溶剂中，采用高速分散机配置成纳米乳液，将二者压滤，烘干制得纳米绝热材料，密度为120-125kg/m3,常温导热系数≤0.024W/m·k,最高使用温度≤1000℃。授权公告号CN103058622的中国专利技术专利公开了一种无机保温材料及其制备方法，将15-60wt%二氧化硅气凝胶、15-60wt%可溶性硅酸盐、15-40wt%（R）nN（R）3X-(1≤n≤24,R为烃基)、5-15wt%氧化锡锑和5-15wt%的空心玻璃微珠混合，加入偶联剂改性，得到混合物；将混合物与水混合，得到的浆液浸润至玻璃纤维毡上，热压成型得到无机保温材料。常温下导热系数为0.025-0.027W/m·k。授权公告号CN103159454B的中国专利技术专利公开了一种纳米多孔气凝胶/纤维复合超级绝热材料，将有机溶剂叔丁醇、有机单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺充分搅拌混合配置成预混液，向预混液中加入二氧化硅气凝胶、氧化铝微粉、氧化锆纤维、遮光剂钛白粉、造孔剂聚乙二醇及悬浮剂三聚磷酸钠得悬浮浆液，进行真空除泡15-45分钟，然后向悬浮浆料中先后加入引发剂过硫酸铵、催化剂搅拌制成除泡浆料，原位固化得到凝胶复合体，干燥，排胶得到常温下导热系数为0.045W/m·k的复合超级绝热材料。授权公告号为CN104312215B的中国专利技术专利公开了一种二氧化硅的表面接枝改性方法，针对二氧化硅表面原子配位数不足，表面能较高、易团聚的情况，采用环氧基硅烷偶联剂、氨水对二氧化硅表面在碱性环境下反应，提高其分散性与相容性，与受阻胺抗氧剂进行接枝改性，制得的纳米二氧化硅表面有化学键合的抗氧剂，改变了其表面极性，团聚现象得到改善。公布号为CN105038445A的中国专利技术专利申请公开了一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料、其制备方法及应用，主要有二氧化硅气凝胶粉体、表面活性剂、粘结剂和水均匀混合形成的稳定分散体系。将水和表面活性剂混合均匀、形成混合液；向混合液内加入疏水性二氧化硅气凝胶粉体，混合均匀，形成悬浮液；向悬浮液内加入粘结剂和助剂，混合均匀，形成所述水性浆料。使用温度在-50℃-300℃，热导率为0.0246-0.05W/m·k之间。授权公告号为US7635411B2的美国专利中公开了一种用疏水型气凝胶的水溶液，气凝胶粉体的平均粒径为0.03mm-1mm，其水溶液中至少含有一种润湿剂，润湿剂与气凝胶的质量百分比为0.05%-0.5%，润湿剂可以在山梨酸酯、磷酸酯、二甲基烷基氧化胺等表面活性剂，生产出的密度小于0.4g/cc,热导率小于0.04W/m·k的气凝胶复合材料，然而如果气凝胶粉体为纳米级分散就会成为一个大问题。授权公告号为US9399864B2的美国专利公开了一种将气凝胶颗粒，纤维和带电化合物在水中混合，在粒子分散和乳液形成后，乳液开始絮凝或凝结，气凝胶微粒、纤维、带电化合物和脱稳定剂聚集到粘性基团中，同时形成一个清澈的，低粘度的，水性的上清液，脱去上清液，形成密度小于0.2g/cc,150℃下热导率为0.04W/m·k气凝胶复合绝热材料。然而，该操作需要现将纳米颗粒用表面活性剂修饰，再和经过纤维混合后在加入带电化合物，然后还需要加入脱稳定剂，形成絮凝后再进行脱去上清液的步骤，过程较为繁琐，增加生产成本。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种陶瓷纳米纤维绝热材料的制备方法，它包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3-5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，即为陶瓷纳米高温结合剂，待用；（2）将40-60wt%的5mm-5cm的纤维加入到步骤（1）制备的纳米陶瓷高温结合剂中搅拌混合均匀，静置24小时，在烘干温度为110℃-350℃，烘干24小时。优选地，所述有机表面活性剂为至少带有羟基、磺酸基和酰胺基基团的表面活性剂。优选地，所述有机表面活性剂为多羟基表面活性剂的醇溶液，所述多羟基表面活性剂为多羟基单元通过连接基团与具有3-36个碳原子的脂族残基连接。优选地，所述连接基团为磺酸酯基团和酰氨基基团中的一种。优选地，所述多羟基表面活性剂的连接基团为酰胺基。优选地，所述无机分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或几种。优选地，所述无机分散剂为3wt%。优选地，所述烘干温度为110℃。优选地，所述纳米二氧化硅粉体的平均粒径为30-80nm。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种陶瓷纳米纤维绝热材料，所述纳米陶瓷复合材料容重为0.20g/cm3±10%，热面温度600℃时，导热系数小于0.060W/m·k。本专利技术通过使用一种多组分表面活性剂，对疏水型纳米二氧化硅粉体进行电荷修饰，经过搅拌和超声震荡，使颗粒间电荷互斥达到稳定的悬浮液，带有电荷的二氧化硅粉体在制备纳米陶瓷纤维复合材料时，与纤维形成吸附，干燥固化后的纳米陶瓷复合材料容重为0.20g/cm3±10%，热面温度600℃时，导热系数小于0.060W/m·k，材料使用较少，操作简单，在生产中节省工时和成本，得到的纳米陶瓷纤维复合材料质轻并且可以在高温下长期使用。具体实施方式本专利技术公开一种陶瓷纳米纤维绝热材料，该绝热材料由一种陶瓷纳米高温结合剂与纤维相混合，在常压下混合烘干，制备简单，可以用在航空航天、兵器装备、钢铁冶金、石油化工、陶瓷建材、舰船车辆、家用电器、太阳能、消防防护、信息电子等领域，作为绝缘材料常温和高温下导热系数低，容重低、长期使用温度为850℃，最高使用温度不小于1000℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷纳米纤维绝热材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3‑5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，即为陶瓷纳米高温结合剂，待用；（2）将40‑60wt%的5mm‑5cm的纤维加入到步骤（1）制备的纳米陶瓷高温结合剂中搅拌混合均匀，静置24小时，在烘干温度为110℃‑350℃，烘干24小时。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷纳米纤维绝热材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3-5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，即为陶瓷纳米高温结合剂，待用；（2）将40-60wt%的5mm-5cm的纤维加入到步骤（1）制备的纳米陶瓷高温结合剂中搅拌混合均匀，静置24小时，在烘干温度为110℃-350℃，烘干24小时。2.根据权利要求1所述的陶瓷纳米纤维绝热材料的制备方法，其特征在于：所述有机表面活性剂为至少带有羟基、磺酸基和酰胺基基团的表面活性剂。3.根据权利要求2所述的陶瓷纳米高温结合剂，其特征在于：所述有机表面活性剂为多羟基表面活性剂的醇溶液，所述多羟基表面活性剂为多羟基单元通过连接基团与具有3-36个碳原子的脂族残基...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷卫江，李信伟，蔡建光，薛文东，娄军杰，殷瀚之，
申请(专利权)人：北京兆信绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11