御寒、隔热的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法及其相关产物技术

本发明专利技术所涉及的疏水性气凝胶复合胶状物制备方法包含下列步骤：(S1)混合步骤；(2)水解步骤；(3)缩合步骤；(4)老化步骤；(5)高温脉冲水洗步骤；(6)干燥步骤；及(7)复合步骤。疏水性气凝胶复合胶状物为所制备的疏水性气凝胶混合无机纤维及无机胶混拌形成的高黏性胶体，其所开发的产品除了具优异御寒隔热性能外，亦具适当强度、质量轻、阻燃性佳及拨水性佳等优点。阻燃性佳及拨水性佳等优点。阻燃性佳及拨水性佳等优点。

【技术实现步骤摘要】
御寒、隔热的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法及其相关产物


[0001]本专利技术关于一种御寒、隔热的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法及其相关产物，此复合胶状物兼具御寒、耐低温、隔热与拨水性质，且特别攸关一种气凝胶复合胶状物的制备方法及其相关产物，此复合胶状物可耐-200℃至300℃的高低温度区间。

技术介绍

[0002]气凝胶为一种具立体网状结构的多孔材料，是具有低密度(0.003至0.2g/cm3)、高比表面积(500至2,000m2/g)与低热导率(0.02至0.036w/mK)等特性的高科技产品。因孔隙度可高达95％以上，气凝胶内部含有大量空气，故外观呈透明且具有低热传系数、低音传速率与低介电常数等，使得气凝胶具有极优异的隔热、隔音、电绝缘、高吸附与高效过滤性质。然而，实际使用时想达到上述机能，须将气凝胶均匀分散于岩棉、玻纤或碳纤等基材上形成气凝胶隔热毯。目前常见的气凝胶隔热毯有容易掉粉且于在-200℃至300℃的温度区间重复使用下，容易使水分子于接近冰点温度时渗入气凝胶隔热毯并形成冰块于毯内，因而导致铺设有气凝胶隔热毯的管路生锈或破坏隔热毯结构。另外，目前常见的气凝胶隔热毯为透过一般有机黏着剂与气凝胶粉体黏结而成，故于高于300℃温度下有机黏着剂会开始裂解并释放大量有毒气体或臭味，且气凝胶隔热毯会产生明显裂解而降低其隔热效果。上述现象均易造成气凝胶隔热毯所配置的管路腐蚀与人员或环境的伤害。由此可知，目前远洋渔业、生鲜食物运输业及低温制造相关产业界均迫切地需要隔热性质更优异并且于高温下不会导致火灾的低温隔热创新产品。
[0003]习知的气凝胶制备方法以溶胶凝胶合成为基础，主要先将硅烷氧化合物(alkoxysilane)、正硅酸甲酯、或水玻璃等前驱物与有机溶剂混合后，再加入酸触媒进行水解反应(hydrolysis)。待水解一段时间后，添加碱触媒进行缩合反应(condensation)，而缩合过程中会逐渐形成溶胶。溶胶内的分子持续键结而逐渐形成半固态的高分子凝胶。之后经一段时间熟化(aging)后，使溶胶形成结构稳定的立体网状结构。最后，先利用正丁醇、正己醇、正己烷、或环己烷等溶剂进行溶剂置换，再以超临界干燥技术将立体网状结构内的溶剂萃取干燥，而获得多孔性的干燥疏水性气凝胶粉末。
[0004]疏水性气凝胶的制备方法亦以溶胶凝胶合成为基础，主要先将烯烃基硅氧烷化合物(如：甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane，MTMS)或甲基三乙氧基硅烷(methyltriethoxysilane，MTES))等前驱物与有机溶剂混合后，再加入酸触媒进行水解反应。待水解一段时间后，进行缩合反应，并于缩合过程中逐渐形成凝胶。随后，以正丁醇、正己醇、正己烷、或环己烷等溶剂进行溶剂置换，待溶剂置换完成后再进行常温常压或高温常压干燥。或者，亦可由硅烷氧化合物(如：四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)或四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane，TMOS))等前驱物与有机溶剂进行混合后，再加入酸触媒进行水解反应。待水解一段时间后，再添加碱触媒进行缩合反应，并于缩合过程中逐渐形成结构稳定的立体网状结构。最后，先利用正丁醇、正己醇、正己烷、或环己烷等溶剂进行溶剂置
换，再以三甲基氯硅烷或疏水性硅烷等改质材料进行疏水改质，使疏水性官能基结构与立体网状结构化学键结。最后，利用常压干燥技术将气凝胶内的溶剂干燥，而获得多孔性的干气凝胶块。
[0005]中国专利技术专利公告号CN101679657B提及气凝胶颗粒及其制造方法，其具体公开平均粒径小于1微米的气凝胶颗粒、含有此气凝胶颗粒的制品、制造此气凝胶颗粒的方法以及此气凝胶颗粒的用途。依所公开的制造方法，将气凝胶起始颗粒进行均化或湿磨，且气凝胶起始颗粒可于研磨加工期间进行表面处理以防止凝聚或聚集。得到的气凝胶颗粒具有以下特性：(1)含硅胶颗粒；(2)至少80％具有小于1微米的粒径；(3)平均粒径为0.1微米至1微米；及(4)具疏水性质。此种疏水性气凝胶颗粒制备中需要利用研磨加工使气凝胶均化或湿磨，制程上不易操作且而不符成本效益。
[0006]中国专利技术专利公开号CN104556969A提及疏水型二氧化硅气凝胶绝热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)二氧化硅溶胶的制备：以硅氧烷为前驱体，加入有机溶剂、水和酸催化剂，得到二氧化硅溶胶；(2)复合凝胶的制备：将阻燃剂、红外阻隔剂加入到二氧化硅溶胶中并搅拌均匀后，加入碱催化剂并将无机纤维制品浸入二氧化硅溶胶中静置；(3)溶剂置换：用有机溶剂置换出复合凝胶；(4)干燥：将复合凝胶干燥。详言之，于此先前技术中将无机纤维制品浸至二氧化硅溶胶中，并于0℃至80℃静置0.01至72小时，以得到复合凝胶，随后于0℃至80℃下老化0至96小时；随后用有机溶剂置换出老化后的复合凝胶，置换时间约1至48小时，次数1至10次。以上整体制程所须的时间冗长不符合经济成本。
[0007]中国专利技术专利公开号CN105753388A提及气凝胶组合物及其制造和使用方法，其中组合物包括气凝胶组分且具有低热导率。此外，浆料或复合材料的制备方法，包含：使约60至95vol％的气凝胶组分、选自水泥、石膏、石灰或它们任意组合的无机粘结剂及表面活性剂组合。此外，干燥后所得的组合物为自支撑刚性复合材料且具有约小于20mW/mK的热导率。于此先前技术中气凝胶为疏水性的，这些疏水性气凝胶较难与水泥、石膏或石灰等无机黏结剂均匀混合，且疏水性气凝胶的缺点于使用温度350度以上高温中会快速裂解并产生有毒烟浓。
[0008]日本特许专利公开号JP200835648提及多孔材料及其制备方法，主要将硅烷氧化合物(如：TEOS)或硅酸盐化合物(如：水玻璃)与有机溶剂混合进行溶胶凝胶合成，并经改质剂改质而取得多孔材料，藉此将多孔材料的表面亲水性官能基置换成疏水性官能基，使气凝胶可避免水分表面张力影响而破裂，故可于室温常压下干燥。
[0009]中国专利技术专利公开号CN105025598A提出电热复合陶瓷砖及其制备方法，其中采用电热膜作为发热组件，其组成含有55至75wt％的有机黏结剂，如：环氧树脂、聚氨酯树脂或改性硅树脂等，但这些有机物于加热过程中易释出有毒气体。
[0010]目前市面上有关御寒隔热产品主要为利用有机发泡海绵或发泡海绵管，这些多孔性发泡材均为利用有机塑料材料进行发泡加工所制得的多孔塑料结构。虽然利用此种发泡技术可使多孔性有机发泡海棉质轻及隔热效果佳，其热传导率约0.04至0.06W/mK，但缺点在于使用温度为150℃以下，于高温中会快速裂解并产生有毒浓烟。另方面，于低温下使用水分子会于发泡海棉内部凝结，导致隔热效果丧失并使配置有海绵的内部管路严重锈蚀。
[0011]另外，亦有少数发泡多孔陶瓷材料应用于-100℃低温至300℃高温区间循环使用，所制成的多孔陶瓷板主要为泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷或粒状陶瓷结体，均为高温烧制的硅酸盐
陶瓷材料。此种多孔陶瓷板本质结构为高密度陶瓷结构，虽然利用发泡技术使其质轻、厚度薄及阻燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法，其特征在于，包括：混合步骤：将硅氧烷化合物、烯烃基硅氧烷化合物、R基-硅胶寡分子之一种或多种混合与混合溶剂混合，以形成混合溶液；水解步骤：将酸触媒加入混合溶液，以进行水解反应；缩合步骤：将碱触媒加入混合溶液，以进行缩合反应，其中于所述缩合反应过程中加入分散溶媒，且经高速搅拌后使混合溶液形成结构均一且粒径大小介于数百纳米至数百微米且分散于所述分散溶媒的气凝胶湿胶；或其中于所述缩合反应过程中加入分散溶媒使混合溶液形成结构均一的气凝胶湿胶，再于额外的相同分散溶媒环境下对所述气凝胶湿胶进行破碎，使所述气凝胶湿胶破碎成粒径大小介于数百微米到数十毫米并分散于所述分散溶媒中；老化步骤：在特定温度下对所述气凝胶湿胶结构进行老化，使所述气凝胶湿胶结构稳定；高温脉冲水洗步骤：在常压下利用高温水的脉冲作用力进行所述气凝胶湿胶内的有机成份或溶剂置换直至所述气凝胶湿胶呈现乳白状；干燥步骤：利用高温蒸馏排除或以过滤器滤除所述溶剂，随后以高温烘干所述气凝胶湿胶以获得高孔隙度、高比表面积的疏水性气凝胶颗粒；以及复合步骤：将所述疏水性气凝胶颗粒与无机纤维于搅拌机下相互混合形成均匀分散的无机物混合物，随后再添加无机胶水溶液，使所述气凝胶颗粒、所述无机纤维与所述无机胶着水溶液相互作用成具黏滞性气凝胶复合胶状物。2.根据权利要求1所述的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法，其特征在于：所述硅氧烷化合物为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；所述烯烃基硅氧烷化合物为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷；所述R基-硅胶寡分子为聚二甲基硅胶(PDMS)或硅胶前驱物(DMDMS)，所述R基为连接于硅胶分子链末端的官能基，包含-COOH或-NH2或-NH-或-NH-NH2或-OH或-COH-COH或-N＝C＝O或-N-CO-N-，且碳数由C1至C6。3.根据权利要求1所述的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法，其特征在于：所述混合溶剂包含一种或多种选自于由下列所构成群组的物质：水、处理水、去离子水、乙醇、甲苯、正己烷、环己烷、聚乙烯醇及十六烷基三甲基氯化铵。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建宏，
申请(专利权)人：台湾气凝胶科技材料开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：