一种超疏水保温复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及化工材料，具体涉及一种超疏水保温复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，减少高温管道的热量流失是契合碳减排大趋势的重要一环。炼化企业的高温管道外侧通常包覆较厚的保温材料，对管道保温可以有效降低企业能源消耗，减少碳排放。而使用硅酸钙、复合硅酸盐、岩棉、矿渣棉等常规保温材料的管道在长周期的运行后，保温材料的保温性能下降，使得热损失增加从而导致装置能耗上升，另一方面保温性能下降使得管道外表面的温度升高增加了烫伤事故的可能性。此外，岩棉、硅酸铝等材料容易吸水导致保温失效，影响装置的正常运行。

2、气凝胶是新一代高效节能隔热材料，在热学、声学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。目前商业化应用的气凝胶主要围绕其高效的阻热能力展开，下游用于石油化工、热力管网、锂电池、建筑建材、户外服饰、航天、军工等多个领域。

3、例如，专利申请cn114100534a公开了一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，采用短链醇和长链醇互混的方式，降低凝胶材料的相分离，再通过超临界干燥制备气凝胶材料。专利cn110282947b公开了一种高强度复合气凝胶保温材料及其制备方法，采用氮化碳纤维均匀分布于气凝胶的表面或内部，有效改善了二氧化硅气凝胶的力学性能，另外，利用硅酸铝纤维的柔软性和隔热保温性能对二氧化硅气凝胶改性，增强了其柔性并降低了其导热系数。专利申请cn113416028a公开了一种耐水气凝胶保温材料的生产工艺，采用以二氧化硅溶胶、改性石墨烯、壳聚糖为基体，利用改性石墨烯由制备的疏水改性剂改性气凝胶表面，得到疏水表面，材料憎水性可达99％。

4、但是气凝胶材料在制备过程中需要超临界二氧化碳干燥工艺，湿凝胶在干燥过程中需要承受高达100mpa-200mpa的干燥应力，该应力会使凝胶结构持续收缩和开裂，容易导致结构塌陷，所以气凝胶材料极易粉化掉渣，影响气凝胶材料使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的传统气凝胶保温材料的力学强度差、易粉化掉渣、疏水性低易水解，而且制备需要复杂超临界二氧化碳干燥工艺、生产成本高等问题，提供一种超疏水保温复合材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种超疏水保温复合材料，制备所述超疏水保温复合材料的原料含有苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料、引发剂、乳化剂和水；

3、所述超疏水保温复合材料的导热系数≤0.03w/m.k，水接触角＞150°。

4、优选地，所述超疏水保温复合材料的抗压强度≥1mpa。

5、优选地，所述超疏水保温复合材料的最可几孔径为10-200nm。

6、优选地，所无机填料选自碳化硅、氮化钛、二氧化钛、蠕虫石墨、石墨烯和炭黑中的一种或两种以上。

7、优选地，硅烷偶联剂选自四乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

8、优选地，所述功能化苯乙烯选自n,n-二甲基苯乙烯、n,n-二乙基苯乙烯、n,n-二苯基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、甲硫基苯乙烯、对氯苯乙烯和对溴苯乙烯中的一种或两种以上。

9、优选地，苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、乳化剂、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料和引发剂的用量的重量比为1:0.5-6:0.1-3:0.5-3:0.01-0.5:0.01-0.1:0.2-1，水与苯乙烯的用量的重量比为20-100:1。

10、本发明第二方面提供一种超疏水保温复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

11、(1)将苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、乳化剂和水进行混合，得到混合料a；

12、(2)将混合料a、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠和无机填料进行混合，得到混合料b；

13、(3)将混合料b与引发剂溶液混合，接着进行反应，然后进行洗涤和干燥，所述引发剂溶液含有引发剂和水。

14、优选地，所无机填料选自碳化硅、氮化钛、二氧化钛、蠕虫石墨、石墨烯和炭黑中的一种或两种以上。

15、优选地，所述硅烷偶联剂选自四乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

16、优选地，所述功能化苯乙烯选自n,n-二甲基苯乙烯、n,n-二乙基苯乙烯、n,n-二苯基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、甲硫基苯乙烯、对氯苯乙烯和对溴苯乙烯中的一种或两种以上。

17、优选地，苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、乳化剂、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料和引发剂的用量的重量比为1:0.5-6:0.1-3:0.5-3:0.01-0.5:0.01-0.1:0.2-1。

18、优选地，步骤(1)和步骤(3)中水的用量之和与苯乙烯的重量比为20-100:1；

19、优选地，在步骤(1)中，水与苯乙烯的用量的重量比为20-80:1。

20、优选地，乳化剂选自吐温80、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇中的一种或两种以上。

21、优选地，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢。

22、优选地，步骤(3)中，反应的条件包括：温度为65-85℃，时间为3-6h。

23、优选地，步骤(3)中，所述干燥为真空干燥。

24、本发明第三方面提供前文所述的方法制备的超疏水保温复合材料。

25、本发明第四方面提供前文所述的超疏水保温复合材料或前文所述的方法制备的超疏水保温复合材料在隔热、保温、隔音或防水领域中的应用。

26、与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

27、1、本发明提供了一种超疏水保温复合材料，该复合材料的导热系数≤0.03w/m.k、水接触角＞150°，表明该复合材料具有优异的保温性能和超疏水性；同时具有较高的力学性能和孔径分布均匀的特点，在隔热、保温、防水等领域具有很好的应用前景。

28、2、本发明所述的方法中，使用苯乙烯、二乙烯基苯和功能化苯乙烯作为单体，同时添加硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠和无机填料，通过原料之间的相互配合使得制备的复合材料具有优异的保温性能和超疏水性；具有较高的力学性能和孔径分布均匀的特点；同时基于原料的选择，在制备过程中，可以使用本领域常规的各种干燥方式完成干燥，克服了传统气凝胶材料需要使用复杂的超临界二氧化碳干燥工艺导致的生产成本高、条件苛刻的问题。

技术特征：

1.一种超疏水保温复合材料，其特征在于，制备所述超疏水保温复合材料的原料含有苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料、引发剂、乳化剂和水；

2.根据权利要求1所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，所述超疏水保温复合材料的抗压强度≥1mpa。

3.根据权利要求1或2所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，所述超疏水保温复合材料的最可几孔径为10-200nm。

4.根据权利要求1或2所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，所无机填料选自碳化硅、氮化钛、二氧化钛、蠕虫石墨、石墨烯和炭黑中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，硅烷偶联剂选自四乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，所述功能化苯乙烯选自n,n-二甲基苯乙烯、n,n-二乙基苯乙烯、n,n-二苯基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、甲硫基苯乙烯、对氯苯乙烯和对溴苯乙烯中的一种或两种以上。

7.根据权利要求1所述的超疏水保温复合材料，其特征在于，苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、乳化剂、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料和引发剂的用量的重量比为1:0.5-6:0.1-3:0.5-3:0.01-0.5:0.01-0.1:0.2-1，水与苯乙烯的用量的重量比为20-100:1。

8.一种超疏水保温复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所无机填料选自碳化硅、氮化钛、二氧化钛、蠕虫石墨、石墨烯和炭黑中的一种或两种以上。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，硅烷偶联剂选自四乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述功能化苯乙烯选自n,n-二甲基苯乙烯、n,n-二乙基苯乙烯、n,n-二苯基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、甲硫基苯乙烯、对氯苯乙烯和对溴苯乙烯中的一种或两种以上。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、乳化剂、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料和引发剂的用量的重量比为1:0.5-6:0.1-3:0.5-3:0.01-0.5:0.01-0.1:0.2-1。

13.根据权利要求8或12所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中水的用量之和与苯乙烯的重量比为20-100:1；

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，乳化剂选自吐温80、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇中的一种或两种以上。

15.根据权利要求8或14所述的方法，其特征在于，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢。

16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，反应的条件包括：温度为65-85℃，时间为3-6h。

17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥为真空干燥。

18.权利要求8-17中任意一项所述的方法制备的超疏水保温复合材料。

19.权利要求1-7中任意一项所述的超疏水保温复合材料或权利要求8-17中任意一项所述的方法制备的超疏水保温复合材料在隔热、保温、隔音或防水领域中的应用。

技术总结本发明涉及化工材料技术领域，公开了一种超疏水保温复合材料及其制备方法和应用。制备所述超疏水保温复合材料的原料含有苯乙烯、二乙烯基苯、功能化苯乙烯、硅烷偶联剂改性中空玻璃微珠、无机填料、引发剂、乳化剂和水；所述超疏水保温复合材料的导热系数≤0.03W/m.K，水接触角＞150°。该复合材料具有优异的保温性能和超疏水性；同时具有较高的力学性能和孔径分布均匀的特点，在隔热、保温、防水等领域具有很好的应用前景。技术研发人员：杨珂,周日峰,董邯海,王全国,程庆利受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17