一种植物多糖基多层隔热气凝胶组及其制备方法技术

本发明专利技术涉及建筑隔热材料领域，具体公开了一种植物多糖基多层隔热气凝胶组及其制备方法。本发明专利技术采用天然食源性材料和从废弃纸张中回收的再生材料为原材料制备气凝胶，并使用物理装配方法，制备出多层装配气凝胶组。通过调整气凝胶装配层的配方和厚度，控制气凝胶的热传导效率，提高气凝胶的隔热性能，最终获得的堆叠装配三层隔热气凝胶（配方S2.5/C/S2.5各层气凝胶厚度分别为1mm/4mm/1mm）的导热系数为0.0279W/(mK)，且将气凝胶进行堆叠装配后，可以提高气凝胶的硬度，对于应用材料所需要的机械性能也可获得满足，可作为建筑的围护结构材料起到保温隔热的作用。材料起到保温隔热的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种植物多糖基多层隔热气凝胶组及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑隔热材料领域，特别涉及一种植物多糖基多层隔热气凝胶组及其制备方法。

技术介绍

[0002]建筑行业由于缺乏先进的节能技术，在供热、通风和空调等领域每年都会消耗大量的能源。加厚墙体能直接提高建筑的隔热效果，但会增加建筑成本，并影响建筑面积。而开发具有低导热系数的廉价隔热材料作为建筑的围护结构，可以大幅度提高建筑整体的保温效果，是应对能源消耗、气候变化和环境污染等问题更节能、更可持续发展的解决方案。
[0003]目前常见的保温材料一般由聚氨酯、聚苯乙烯等聚合物和玻璃棉、膨胀珍珠岩组成，这些材料的生产大都依赖于不可再生的石油资源。此外，这些聚合物材料的广泛使用，产生了大量需要相当长时间才能降解的建筑废弃物，对环境造成了极大的污染。因此，开发无污染的新型绝热材料迫在眉睫。
[0004]气凝胶是一种典型的多孔结构绝热材料，由于借助独特的干燥方式将水凝胶中的液体置换成气体，保留了凝胶复杂的三维网络骨架结构，气凝胶材料还具有低密度、高孔隙率、低导热系数等优异特点。现今，使用溶剂替换法、超临界干燥法制备和冷冻干燥法制备的传统气凝胶已经被作为耐高温隔热材料应用在航空航天等领域。但这些传统气凝胶材料通常是使用硅、碳等无机物和一些石油产物制备的，它们的生产工艺复杂，能耗高，在生产过程中还伴随着大量的三废污染，并且在使用废弃后也难以降解，不适合大规模的应用。近年来，天然亲水性聚合物及其衍生物，包括魔芋葡甘聚糖、淀粉、海藻酸钠、明胶和纤维素制备的气凝胶，因其低成本、无毒、可再生和生物可降解等优点受到广泛关注。

技术实现思路

[0005]针对现有的建筑保温材料的不足，本专利技术意在制备出安全绿色可自然降解的气凝胶，并通过物理装配方法制备得到多层隔热气凝胶组，提高了气凝胶的隔热性能，为制备出的绿色环保的建筑保温材料提供技术支持。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种植物多糖基多层隔热气凝胶组，所述多层隔热气凝胶组由n层气凝胶通过不同的物理装配方法制备得到气凝胶组，所述气凝胶的层数n≥2，n取自然数，如2，3，4，
……
，n优选为2或3，最优选为3。
[0008]每一气凝胶组原则上选择同一种物理装配方法。
[0009]所述气凝胶组中：当气凝胶的层数为奇数层时，该层气凝胶为附加气凝胶；当气凝胶的层数为偶数层时，该层气凝胶为基础气凝胶。
[0010]所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为相同或不相同；优选的，所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为不相同。
[0011]所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为相同，为含较多开孔结构的植物多糖基气凝
胶；
[0012]所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为不相同，所述附加气凝胶为含较多闭孔结构的植物多糖基气凝胶；所述基础气凝胶为含较多开孔结构的植物多糖基气凝胶。
[0013]优选的，奇数层与偶数层气凝胶的厚度比为(1
‑
2)mm：(2
‑
4)mm。
[0014]当n＝3，下层、中间层与上层气凝胶的厚度比为(1
‑
2)mm：(2
‑
4)mm：(1
‑
2)mm，优选厚度比为(1
‑
1.5)mm：(3
‑
4)mm：(1
‑
1.5)mm，更优选厚度比为1mm：4mm：1mm。
[0015]气凝胶组的物理装配方法包括凝胶装配法、冷冻装配法和堆叠装配法；其中冷冻装配法又包括分段冷冻装配法和一步冷冻装配法。物理装配方法优选为凝胶装配法、一步冷冻装配法或堆叠装配法。物理装配方法更优选为堆叠装配法。
[0016]凝胶装配法的制备方法为：按自然数的次序由小到大顺序，首先将下层溶胶注入模具中，放入低温冰箱中预冷却(0℃)使其形成凝胶结构；重复该步骤，一直至将第n
‑
1层溶胶缓慢倾倒在下层凝胶上，放入低温冰箱中预冷却(0℃)使其形成凝胶结构；再将最上层(第n层)溶胶缓慢倾倒在第n
‑
1层凝胶上，然后放入低温冰箱中预冷却(0℃)使其形成凝胶结构，再放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻后置于冻干机(
‑
55℃)中冷冻干燥得到多层气凝胶组。
[0017]分段冷冻装配法的制备方法为：按自然数的次序由小到大顺序，首先将下层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻成冰晶；重复该步骤，一直至将第n
‑
1层溶胶缓慢倾倒在下层冰晶上，放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻成冰晶；再将最上层(第n层)溶胶缓慢倾倒在第n
‑
1层冰晶上，放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻成冰晶，后置于冻干机(
‑
55℃)中冷冻干燥得到多层气凝胶组。
[0018]一步冷冻装配法的制备方法为：分别将装配所需的每层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻成冰晶，然后将冻好的溶胶脱模，接着按奇数层选择附加气凝胶偶数层选择基础气凝胶原则以及自下而上且顶面朝上底面朝下方向在相邻两层冻好的溶胶间通过涂一薄层溶胶进行粘合，粘合所用溶胶为需要进行粘合的两层溶胶中任一种，再放入低温冰箱(
‑
15℃)中完全冷冻，后使用冻干机(
‑
55℃)冷冻干燥得到多层气凝胶组。
[0019]堆叠装配法的制备方法为：分别将装配所需的每层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱(
‑
15℃)冷冻成冰晶，后置于冻干机(
‑
55℃)中冷冻干燥，分别制备出装配所需的单层气凝胶，接着按奇数层选择附加气凝胶偶数层选择基础气凝胶原则以及自下而上且顶面朝上底面朝下方向在相邻的两层气凝胶间通过涂双面胶进行粘合，得到多层气凝胶组。
[0020]上述几种物理装配方法中，预冷却温度为0℃；超低温冷冻温度为
‑
15℃；冷冻干燥温度为
‑
55℃。
[0021]需要说明的是：制样时，样品与空气的接触面是顶面，与模具底部的接触面是底面；装配气凝胶组过程中，每一层均为顶面朝上底面朝下。
[0022]进一步，制备气凝胶组所用模具为圆柱形，直径为6.5cm，堆叠装配所用双面胶大小可以为1cm*1cm。
[0023]其中，基础气凝胶溶胶的制备方法为：
[0024](1)称取废纸纤维素，将废纸纤维素加入到去离子水中，使用高速剪切机均质得到废纸纤维素悬浮液；
[0025](2)将废纸纤维素悬浮液置于30
‑
60℃水浴锅中搅拌，缓慢添加淀粉和魔芋葡甘聚
糖，之后调节水浴温度至70
‑
90℃，搅拌0.5
‑
2h获得混合溶胶。
[0026]进一步，废纸纤维素的质量与去离子水的体积比为：(0.1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植物多糖基多层隔热气凝胶组，其特征在于，所述多层隔热气凝胶组由n层气凝胶通过不同的物理装配方法制备得到气凝胶组，所述气凝胶的层数n≥2，n取自然数；所述气凝胶组中：当气凝胶的层数为奇数层时，该层气凝胶为附加气凝胶；当气凝胶的层数为偶数层时，该层气凝胶为基础气凝胶；所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为相同或不相同；所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为相同，为含较多开孔结构的植物多糖基气凝胶；所述附加气凝胶与所述基础气凝胶为不相同，所述附加气凝胶为含较多闭孔结构的植物多糖基气凝胶；所述基础气凝胶为含较多开孔结构的植物多糖基气凝胶；所述物理装配方法为凝胶装配法、分段冷冻装配法、一步冷冻装配法或堆叠装配法；每一气凝胶组选择一种物理装配方法。2.根据权利要求1所述的一种植物多糖基多层隔热气凝胶组，其特征在于，所述凝胶装配法的制备方法为：按自然数的次序由小到大顺序，首先将下层溶胶注入模具中，放入低温冰箱中预冷却使其形成凝胶结构；重复该步骤，一直至将第n
‑
1层溶胶缓慢倾倒在下层凝胶上，放入低温冰箱中预冷却使其形成凝胶结构；再将第n层溶胶缓慢倾倒在第n
‑
1层凝胶上，然后放入低温冰箱中预冷却使其形成凝胶结构，再放入超低温冰箱冷冻后置于冻干机中冷冻干燥得到多层气凝胶组；和/或；所述分段冷冻装配法的制备方法为：按自然数的次序由小到大顺序，首先将下层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱冷冻成冰晶；重复该步骤，一直至将第n
‑
1层溶胶缓慢倾倒在下层冰晶上，放入超低温冰箱冷冻成冰晶；再将第n层溶胶缓慢倾倒在第n
‑
1层冰晶上，放入超低温冰箱冷冻成冰晶，后置于冻干机中冷冻干燥得到多层气凝胶组；和/或；所述一步冷冻装配法的制备方法为：分别将装配所需的每层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱冷冻成冰晶，然后将冻好的溶胶脱模，接着按奇数层选择附加气凝胶偶数层选择基础气凝胶原则以及自下而上且顶面朝上底面朝下方向在相邻两层冻好的溶胶间通过涂一薄层溶胶进行粘合，粘合所用溶胶为需要进行粘合的两层溶胶中任一种，再放入低温冰箱中完全冷冻，后使用冻干机冻干得到多层气凝胶组；和/或；所述堆叠装配法的制备方法为：分别将装配所需的每层溶胶注入模具中，放入超低温冰箱冷冻成冰晶，后置于冻干机中冷冻干燥，分别制备出装配所需的单层气凝胶，接着按奇数层选择附加气凝胶偶数层选择基础气凝胶原则以及自下而上且顶面朝上底面朝下方向在相邻的两层气凝胶间通过涂双面胶进行粘合，得到多层气凝胶组；制样时，样品与空气的接触面是顶面，与模具底部的接触面是底面。3.根据权利要求2所述的一种植物多糖基多层隔热气凝胶组，其特征在于，预冷却温度为0
ꢀ°
C；超低温冷冻温度为
‑
15℃；冷冻干燥温度为
‑
55℃。4.根据权利要求2所述的一种植物多糖基多层隔热气凝胶组，其特征在于，基础气凝胶溶胶的制备方法为：（1）称取废纸纤维素，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴考，王茹，吴华鑫，姜发堂，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：