二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡及其制备方法，涉及介质材料技术领域，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。该气凝胶绝热毡在制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，进而能够显著提高气凝胶材料的耐高温和耐酸碱性能，有效地改善现有气凝胶材料机械强度差，耐高温和耐酸碱性能不佳等方面的不足。此外，本发明专利技术气凝胶绝热毡整体性较好，可制成一定规则形状的块状材料，也相应的扩大了气凝胶的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡及其制备方法
本专利技术涉及介质材料
，尤其是涉及一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80～99.8％，孔洞的典型尺寸为1～100nm，比表面积为200～1000m2/g，而密度可低达3kg/m3，室温导热系数可低达0.012W/(m·k)。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。但是气凝胶的密度很低仅有0.03-0.38g/cc，其孔隙率高达80-99.8％，纳米级孔径中充满了气体，这些结构特点特别适用于隔热和保温，其中：低密度和充满空气的微孔可减少传导带来的能量损失，弯曲的纳米级小孔可将对流最小化。尽管气凝胶具有上述优异的性能，其本身的低密度和高孔隙率却导致气凝胶的机械强度非常低，易于破碎，从而限制了其应用范围在小规模实验和基础研究之中，如想在特殊领域利用气凝胶作为隔热和保温材料，其耐高温、耐酸碱性能必须加以改进。因此，研究开发出一种在保持气凝胶优异性能的同时，又能显著提高气凝胶材料的强度、耐高温和耐酸碱性能的气凝胶绝热毡，以满足现有将气凝胶作为隔热保温材料的应用需求，变得十分必要和迫切。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，所述气凝胶绝热毡在制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，由于聚偏氟乙烯具有非常好的耐高温和耐酸碱性。因此，本专利技术制备得到的气凝胶绝热毡在保持气凝胶优异性能的同时，又能显著提高气凝胶材料的耐高温和耐酸碱性能，有效地改善现有气凝胶材料机械强度差，耐高温和耐酸碱性能不佳等方面的不足。此外，本专利技术气凝胶绝热毡整体性较好，可制成一定规则形状的块状材料，也相应的扩大了气凝胶的应用范围。本专利技术的第二目的在于提供一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡的制备方法，该方法具有制备工艺简单，生产周期短，设备成本低，反应过程可控的优点。本专利技术提供的一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。进一步的，所述增强纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维或多晶莫来石纤维中的一种。更进一步的，所述增强纤维为经过硅烷偶联剂处理的增强纤维；优选的，所述硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。进一步的，所述增强纤维与二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶的质量比为2～3：1～2。进一步的，所述前驱体溶胶中水溶性有机溶液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种；优选的，所述前驱体溶胶中前驱体硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠溶液中的一种。本专利技术提供的一种上述二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(a)首先将偏氟乙烯溶解于水溶性有机溶液中，并加入前驱体硅源混匀制得前驱体溶液；(b)将增强纤维放入模具，随后将步骤(a)得到的前驱体溶液倒入放有增强纤维的模具中，随后将前驱体溶液进行水解得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶陈化干燥，制得二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡。进一步的，所述步骤(a)前驱体溶液中偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源的质量比为1:(5～8):(1～1.5)。进一步的，所述步骤(b)前驱体溶液进行水解的方法为：在搅拌的条件下，将水以滴加的方式加入到前驱体溶液中；优选的，所述前驱体溶液与水的质量比为4～5：1。进一步的，所述步骤(b)前驱体溶胶陈化的温度为30～60℃，陈化的时间为24～76h。进一步的，所述步骤(b)前驱体溶胶的干燥方法为常温常压干燥、超临界干燥或亚临界干燥中的一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；其中，所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。该气凝胶绝热毡在制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，由于聚偏氟乙烯具有非常好的耐高温和耐酸碱性。因此，本专利技术制备得到的气凝胶绝热毡在保持气凝胶优异性能的同时，又能显著提高气凝胶材料的耐高温和耐酸碱性能，有效地改善现有气凝胶材料机械强度差，耐高温和耐酸碱性能不佳等方面的不足。此外，本专利技术气凝胶绝热毡整体性较好，可制成一定规则形状的块状材料，也相应的扩大了气凝胶的应用范围。本专利技术提供的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡的制备方法，该制备方法首先使用原位聚合法将偏氟乙烯、水溶性有机溶液、前驱体硅源等材料制备为前驱体溶液，随后将溶胶液倒入放有增强纤维的模具中，随后将前驱体溶液进行水解得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶陈化干燥，制得二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡。该方法具有制备工艺简单，生产周期短，设备成本低，反应过程可控的优点。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。本专利技术提供的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；其中，所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。该气凝胶绝热毡在制备过程中由于加入了偏氟乙烯，在气凝胶的内部结构中形成了PVDF(聚偏氟乙烯)的结构，由于聚偏氟乙烯具有非常好的耐高温和耐酸碱性。因此，本专利技术制备得到的气凝胶绝热毡在保持气凝胶优异性能的同时，又能显著提高气凝胶材料的耐高温和耐酸碱性能，有效地改善现有气凝胶材料机械强度差，耐高温和耐酸碱性能不佳等方面的不足。此外，本专利技术气凝胶绝热毡整体性较好，可制成一定规则形状的块状材料，也相应的扩大了气凝胶的应用范围。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述增强纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维或多晶莫来石纤维中的一种。优选的，所述增强纤维为多晶莫来石纤维。在上述优选实施方式中，所述增强纤维为经过硅烷偶联剂处理的增强纤维；作为一种优选的实施方式，硅烷偶联剂处理为在增强纤维表面与气凝胶基体之间形成化学键发挥作用，用偶联剂处理增强纤维表面能够改善纤维与基体之间的润湿性，形成一个力学上的微缓冲区，提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述气凝胶绝热毡主要由增强纤维浸入二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶后，经陈化干燥制得；所述二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶主要由偏氟乙烯、水溶性有机溶液和前驱体硅源制得前驱体溶液后水解得到。2.根据权利要求1所述的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述增强纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维或多晶莫来石纤维中的一种。3.根据权利要求2所述的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述增强纤维为经过硅烷偶联剂处理的增强纤维；优选的，所述硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。4.根据权利要求1所述的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述增强纤维与二氧化硅改性PVDF前驱体溶胶的质量比为2～3：1～2。5.根据权利要求1所述的二氧化硅改性PVDF气凝胶绝热毡，其特征在于，所述前驱体溶胶中水溶性有机溶液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种；优选的，所述前驱体溶胶中前驱体硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠溶液中的一种。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晔，胡友双，李振声，
申请(专利权)人：天津摩根坤德高新科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12