一种隔热材料及其制备方法和应用

本发明涉及材料领域，具体涉及一种隔热材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、气凝胶材料具备多孔、轻便、疏松和导热系数小等基本特性，能够延缓热量传导的速度，以此达到隔绝热量的传递、减少热量的散失的目的，是一种性能优异的隔热保温材料。但目前制备的大多数气凝胶材料强度低、脆性大，难以直接在工业上应用。为了改善其脆性，增强其力学性能，常采用加入纤维增强体的方法，这种方法制备的复合材料一般称为气凝胶毡。

2、制备气凝胶纤维复合材料的方法一般有两种，一种是将短纤维或预制纤维毡在凝胶之前加入溶胶中，两者充分结合生成复合材料，另一种是将制备的气凝胶粉体添加粘结剂后与短纤维混合达到二次成型，或与预制纤维毡通过浸渍、喷涂和刷涂的方式结合起来。而现有技术中制备的气凝胶毡在运输和使用过程中存在着毡体掉粉的问题，这个问题不仅会降低气凝胶毡本身的保温隔热性能，造成环境污染，还会给使用者带来不便和危害。因此，在保证气凝胶毡良好的隔热保温性能的前提下，开发一种不掉粉的基于气凝胶纤维毡的隔热材料是十分必要的。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的至少一个技术问题，本发明的目的之一在于提供一种隔热材料。

2、本发明的目的之二在于提供一种隔热材料的制备方法。

3、本发明的目的之三在于提供一种隔热材料在建筑施工材料中的应用。

4、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

5、本发明的第一个方面在于提供一种隔热材料，包括气凝胶纤维复合材料；所述气凝胶纤维复合材料包括纤维毡以及负载在所述纤维毡内部和表面的气凝胶材料；所述气凝胶材料包括以下重量份的组分：气凝胶10～20份，粘结剂0.5～3份，发泡剂2～5份，阻燃剂0.5～3份。

6、优选地，所述气凝胶纤维复合材料的层数不少于两层；进一步优选地，所述气凝胶纤维复合材料的层数为5～15层；更优选地，所述气凝胶纤维复合材料的层数为8～12层。

7、优选地，所述纤维毡的厚度为0.3～0.8mm。

8、优选地，所述纤维毡的密度为0.13～0.15g/cm3。

9、优选地，所述负载在纤维毡表面的气凝胶材料的厚度为1～2mm。

10、优选地，所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化钛气凝胶、碳气凝胶中的至少一种。

11、优选地，所述发泡剂选自氧代双苯磺酰肼、α-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、obsh发泡剂中的至少一种。发泡剂的主要作用是有利于其闭孔结构和泡沫微孔结构的形成，防止热量传导，在气凝胶浆料中添加发泡剂可进一步的降低复合材料的热导率，提升复合材料的隔热保温性能。

12、优选地，所述阻燃剂为水溶性无机阻燃剂；进一步优选地，所述阻燃剂选自磷酸二氢铝、磷酸铵、三聚磷酸钠中的至少一种。

13、优选地，所述粘结剂为纤维素醚类粘结剂，进一步优选地，所述粘结剂选自羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、苯基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的至少一种。在本发明中，粘结剂可以使气凝胶材料通过喷涂和刷涂相结合的方式与纤维毡紧密结合，属于二次复合，制备的隔热材料中气凝胶负载率高。粘结剂选用纤维素醚类，它们是以天然纤维素为原料，经过碱化、醚化反应而生成的天然的高分子化合物。由于其本身具有良好的特性，如粘合、分散、润湿、增稠、悬浮、乳化、成膜、保护胶体、保持水分等。因此，在制备气凝胶浆料时，不需要添加其他助剂便可达到优异的分散效果，此外，由于纤维素醚类为有机物，因此在制备气凝胶浆料时加入少许水溶性无机阻燃剂即可保证隔热材料具有良好的阻燃性能。

14、优选地，所述隔热材料的厚度为3～20mm。

15、本发明的第二个方面提供了本发明第一个方面提供的隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

16、s1：将气凝胶材料与溶剂混合，制得气凝胶浆料；

17、s2：将所述气凝胶浆料涂覆在纤维毡上，干燥得到气凝胶纤维复合材料，制得所述隔热材料。

18、优选地，所述溶剂为水。

19、优选地，所述气凝胶材料与溶剂的质量比为(13～62)：100。

20、优选地，所述气凝胶浆料包括以下重量份的组分：气凝胶10-20份，粘结剂0.5-3份，发泡剂2-5份，阻燃剂0.5-3份，溶剂50-100份。

21、优选地，所述步骤s1为：将粘结剂、阻燃剂和溶剂混合，然后与气凝胶、发泡剂混合分散，制得所述气凝胶浆料。

22、优选地，所述制备方法还包括在步骤s2之后进行步骤s3的步骤，所述步骤s3为：将所述气凝胶纤维复合材料叠层并压制成型制得。本发明采用叠层结构，通过多层叠加的方法会使气凝胶在纤维毡中的分布更加均匀，有利于阻断纤维毡基体中的空气热流，使多层纤维毡的导热系数更低，隔热保温效果更好。

23、优选地，所述制备方法还包括重复步骤s2的步骤；所述重复步骤s2的步骤位于步骤s2之后，步骤s3之前。

24、优选地，所述重复步骤s2的次数不少于一次。

25、优选地，所述步骤s2中的涂覆步骤为先喷涂，然后再刷涂。

26、优选地，所述步骤s2中的干燥温度为60-80℃，干燥时间为12-24h。

27、本发明的第三个方面提供了本发明第一个方面提供的隔热材料在建筑施工材料中的应用。

28、本发明的有益效果是：本发明中隔热材料的热导率均低于0.020w/(m·k)，具有优异的隔热保温效果；疏水角为150～160°，具有优异的疏水性；抗拉强度大于0.1mpa，抗压强度大于3mpa，具有较好的力学性能，耐老化和耐紫外线辐射1500h后仍维持较好的各项性能，具有优异的耐老化和耐紫外线辐射性能。此外，本发明中的隔热材料还具有优异的阻燃效果，且掉粉率低于10％，具有较强的粘结力，掉粉率低。

29、本发明中隔热材料的制备方法简单易操作，省时省力，不需要大型化工设备，制得的隔热材料的粘结力强且毡体掉粉率低，克服了原位复合工艺复杂、粘结力不强、毡体掉粉的问题。

技术特征：

1.一种隔热材料，其特征在于：包括气凝胶纤维复合材料；所述气凝胶纤维复合材料包括纤维毡以及负载在所述纤维毡内部和表面的气凝胶材料；所述气凝胶材料包括以下重量份的组分：气凝胶10～20份，粘结剂0.5～3份，发泡剂2～5份，阻燃剂0.5～3份。

2.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述气凝胶纤维复合材料的层数不少于两层。

3.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述负载在纤维毡表面的气凝胶材料的厚度为1～2mm。

4.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化钛气凝胶、碳气凝胶中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述粘结剂为纤维素醚类粘结剂；优选地，所述粘结剂选自羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、苯基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述隔热材料的厚度为3～20mm。

7.权利要求1～6任一项所述的隔热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的隔热材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在步骤

9.根据权利要求7所述的隔热材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中的干燥温度为60-80℃，干燥时间为12-24h。

10.权利要求1～6任一项所述的隔热材料在建筑施工材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种隔热材料及其制备方法和应用，所述隔热材料包括气凝胶纤维复合材料；所述气凝胶纤维复合材料包括纤维毡以及负载在所述纤维毡内部和表面的气凝胶材料；所述气凝胶材料包括以下重量份的组分：气凝胶10～20份，粘结剂0.5～3份，发泡剂2～5份，阻燃剂0.5～3份。本发明中隔热材料的热导率均低于0.020W/(m·K)，具有优异的隔热保温效果；疏水角为150～160°，具有优异的疏水性；抗拉强度大于0.1MPa，抗压强度大于3MPa，具有较好的力学性能，耐老化和耐紫外线辐射1500h后仍维持较好的各项性能，具有优异的耐老化和耐紫外线辐射性能。技术研发人员：何松,郭赛萍受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29