一種相變材料摻雜SiO₂氣凝膠復(fù)合隔熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相變材料摻雜SiO2氣凝膠復(fù)合隔熱材料及其制備方法。是采用溶膠凝膠法將相變材料Li2CO3?Na2CO3摻雜SiO2溶膠中，以正硅酸四乙酯或硅溶膠為硅源和網(wǎng)絡(luò)形成劑，混合均勻后，經(jīng)溶膠?凝膠、老化和超臨界干燥后得到相變材料摻雜SiO2氣凝膠復(fù)合材料。該材料的制備過程中不需添加任何催化劑并采用一步法大大優(yōu)化制備工藝，成本低廉.制得的新型復(fù)合隔熱材料的相變溫度為476.5℃～497.5℃，其相變潛熱為332.2J/g～355.2J/g，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.023～0.028W·m?1K?1。本發(fā)明具有用料簡單、成本低廉及工藝簡捷的優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】
一種相變材料摻雜S i O2氣凝膠復(fù)合隔熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米多孔材料的制備工藝領(lǐng)域，涉及一種相變材料摻雜Si02氣凝膠復(fù)合隔熱材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天航空和國防技術(shù)的發(fā)展以及人們節(jié)能意識的提高，新型高效隔熱材料的研究受到了廣泛的重視。氣凝膠是一種納米顆粒相互聚集而成的納米多孔材料，具備的高孔隙率可降低固體熱傳導(dǎo)，納米多孔結(jié)構(gòu)可抑制氣體熱傳導(dǎo)。通過相變材料摻雜改性S12氣凝膠可以降低其熱導(dǎo)率，即在氣凝膠隔熱的基礎(chǔ)上多一個(gè)儲熱物質(zhì)，有助于氣凝膠隔熱性能的提升，使S12氣凝膠具有更廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種相變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種相變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料，其特征在于由相變材料Li2CO3-Na2CO3 二元熔鹽摻雜在S12氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)中得到;氣復(fù)合隔熱材料的相變溫度為476.50C?497.5°C，相變潛熱為332.2J/g?355.2J/g;室溫?zé)釋?dǎo)率為0.023?0.028W.m—1IT1;其中相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽中Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?1.5)0
[0005]本發(fā)明還提供了上述的相變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0006](I)取Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?1.5)作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化，得到相變材料Li2CO3-Na2CO3 二元熔鹽，然后將燒好的原料冷卻研磨過篩待用；
[0007](2)配置乙醇與蒸餾水體積比為(10?13):1的混合溶劑，將硅源溶解于混合溶劑中，使得硅源與混合溶劑體積比為I: (2?3)，再加入酸調(diào)節(jié)PH為5?6，在55°C?70°C的條件下攪拌(一般I?1.5小時(shí))，得到S1^膠；
[0008](3)將相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽加入步驟(2)制備所得的S12溶膠中，其中二元熔鹽的質(zhì)量與硅源的體積比為1:(28?45)g/ml，均勻混合后加入堿調(diào)節(jié)PH為7?9，攪拌均勻后將混合溶膠置于模具中待其凝膠；
[0009](4)將步驟(3)得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠于20°C?30°C下凝膠，靜置，然后加入老化液，在烘箱內(nèi)進(jìn)行置換；
[0010](5)將步驟(4)得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠進(jìn)行超臨界干燥處理，得到塊狀變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料。
[0011]優(yōu)選步驟(I)燒至熔化的升溫速率是2°C/min?10°C/min，熔化溫度為600°C?6500C ;過篩為過300?400目篩。
[0012]優(yōu)選步驟(2)中所加的硅源為正硅酸四乙酯或硅溶膠的一種或其混合物。
[0013]優(yōu)選步驟(3)中所述的堿為氨水或氫氧化鈉中的一種或其混合物。
[0014]優(yōu)選步驟(4)中所述的老化液為乙醇或正硅酸四乙酯中的一種或其混合物。
[0015]優(yōu)選步驟(4)中的烘箱溫度為50?700C ;置換的次數(shù)為3?8次，每次時(shí)間為12?24h0
[0016]優(yōu)選步驟(5)所述的超臨界干燥為乙醇超臨界干燥或二氧化碳超臨界干燥;其中乙醇超臨界干燥以乙醇作為干燥介質(zhì)，反應(yīng)溫度為250?300°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為10?16MPa，干燥時(shí)間為2?8h; 二氧化碳超臨界干燥以二氧化碳作為干燥介質(zhì)，反應(yīng)溫度為50?70°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為8?12MPa，干燥時(shí)間為10?12h。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明方法以及由該方法制備高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料具有如下特點(diǎn):
[0019](I)相變溫度高，成本低廉。目前傳統(tǒng)的相變材料多為有機(jī)低溫相變材料，滿足不了高溫情況下的儲熱功能，本發(fā)明采用高溫?zé)o機(jī)相變材料Li2C03_Na2⑶3二元恪鹽，既滿足了高溫相變的要求，也極大地降低了生產(chǎn)成本。
[0020](2)工藝簡單。制備過程采用將硅源和相變材料直接混合攪拌的方法，同時(shí)整個(gè)制備過程中不需要引入任何催化劑，大大簡化了工藝步驟，增加了可操作性和可控性，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
[0021](3)相對于其它氣凝膠隔熱材料，本發(fā)明所制備的相變材料摻雜S12氣凝膠材料在氣凝膠隔熱的基礎(chǔ)上多一個(gè)儲熱物質(zhì)，有助于氣凝膠隔熱性能的提升，使S12氣凝膠具有更廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1是實(shí)例I中制備的高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠的實(shí)物照片；
[0023]圖2是實(shí)例I中制備的高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠的XRD圖片；
[0024]圖3是實(shí)例I中制備的高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠的熱重圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)例I
[0026]取20gLi2C03和25gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是10°C/min，從25°C升至600°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過300目篩，將44.6ml的正硅酸四乙酯溶解于10ml的無水乙醇和1ml的蒸餾水混合溶劑中，再逐滴加入鹽酸，調(diào)節(jié)PH為5，在55 V的條件下攪拌1.5小時(shí)。取相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽1.2g加入S12溶膠中，再通過逐滴加入氨水調(diào)節(jié)其PH為7，在磁力攪拌機(jī)上攪拌5min倒入模具中，在室溫條件下30min使其凝膠。將上述條件下得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠在室溫(25°C)條件下放置12h后，加入乙醇，然后放于50°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，溶劑置換3次，每次12h。最后將該濕凝膠復(fù)合材料進(jìn)行二氧化碳超臨界干燥處理，反應(yīng)溫度為50°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為8MPa，干燥時(shí)間為10h，最終得到高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料。圖1是所制備的復(fù)合材料的實(shí)物照片，從圖中可以看至|J，該材料表面平整，由于S12氣凝膠中復(fù)合了相變材料，所以呈現(xiàn)白色非透明狀。圖2是該復(fù)合材料的XRD圖，從圖中可以看出，該復(fù)合材料存在Li2C03、Na2C03、Si02的物相。圖3是該復(fù)合材料的熱重圖，從圖中可以看出，新型隔熱復(fù)合材料的相變溫度為488.TC，其相變潛熱為355.2J/g。經(jīng)測試表征發(fā)現(xiàn)，該新型隔熱復(fù)合材料室溫?zé)釋?dǎo)率為0.024W.Hf1IT1t3
[0027]實(shí)例2
[0028]取20gLi2C03和30gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是8°C/min，從20°C升至620°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過300目篩，將40ml的硅溶膠溶解于IlOml的無水乙醇和1ml的蒸餾水混合溶劑中，再逐滴加入鹽酸，調(diào)節(jié)P H為5，在6 O °C的條件下攪拌1.5小時(shí)。取相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽1.3g加入S12溶膠中，再通過逐滴加入氨水調(diào)節(jié)其PH為8，在磁力攪拌機(jī)上攪拌1min倒入模具中，在室溫(20°C )條件下30min使其凝膠。將上述條件下得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠在室溫條件下放置12h后，加入乙醇，然后放于50°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，溶劑置換4次，每次12h。最后將該濕凝膠復(fù)合材料進(jìn)行乙醇超臨界干燥處理，反應(yīng)溫度為250°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為lOMPa，干燥時(shí)間為8h，最終得到高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料。新型隔熱復(fù)合材料的相變溫度為487.2°C，其相變潛熱為348.21^，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.027胃.Hf1K'
[0029]實(shí)例3
[0030]取25gLi2C03和30gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是6°C/min，從25°C升至630°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過325目篩，將50ml的硅溶膠溶解于115ml的無水乙醇和1ml的蒸餾水混合溶劑中，再逐滴加入鹽酸，調(diào)節(jié)PH為6，在600C的條件下攪拌I小時(shí)。取相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽1.4g加入S12溶膠中，再通過逐滴加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)其PH為9，在磁力攪拌機(jī)上攪拌15min倒入模具中，在室溫條件下30min使其凝膠。將上述條件下得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠在室溫條件下放置12h后，加入正硅酸四乙酯，然后放于55°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，溶劑置換6次，每次24h。最后將該濕凝膠復(fù)合材料進(jìn)行乙醇超臨界干燥處理，反應(yīng)溫度為270°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為16MPa，干燥時(shí)間為2h，最終得到高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料。新型隔熱復(fù)合材料的相變溫度為476.5°C，其相變潛熱為353.5J/g，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.028W.Hf1K'
[0031 ]實(shí)例4
[0032]取25gLi2C03和35gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是4°C/min，從25°C升至640°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨過325目篩，將65ml的硅溶膠溶解于120ml的無水乙醇和1ml的蒸餾水混合溶劑中，再逐滴加入，鹽酸，調(diào)節(jié)PH為6，在65°C的條件下攪拌1.5小時(shí)。取相變材料Li2CO3-Na2CO3 二元熔鹽1.5g加入S12溶膠中，再通過逐滴加入氨水調(diào)節(jié)其PH為8，在磁力攪拌機(jī)上攪拌5min倒入模具中，在室溫(25 °C)條件下30min使其凝膠。將上述條件下得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠在室溫條件下放置12h后，加入乙醇，然后放于60°C的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，溶劑置換7次，每次24h。最后將該濕凝膠復(fù)合材料進(jìn)行乙醇超臨界干燥處理，反應(yīng)溫度為300 0C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為12MPa，干燥時(shí)間為3h，最終得到高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料。新型隔熱復(fù)合材料的相變溫度為497.5°C，其相變潛熱為332.2J/g，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.026W.Hf1K'
[0033]實(shí)例5
[0034]取30gLi2C03和35gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是2°C/min，從25°C升至650°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過400目篩，將50ml的正硅酸四乙酯溶解于130ml的無水乙醇和1ml的蒸餾水混合溶劑中，再逐滴加入鹽酸，調(diào)節(jié)PH為5，在70°C的條件下攪拌I小時(shí)。取相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽1.6g加入S12溶膠中，再通過逐滴加入氨水調(diào)節(jié)其PH為7，在磁力攪拌機(jī)上攪拌1min倒入模具中，在室溫(25°C )條件下30min使其凝膠。將上述條件下得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠在室溫條件下放置12h后，加入乙醇，然后放于65 °C的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，溶劑置換8次，每次24h。最后將該濕凝膠復(fù)合材料進(jìn)行二氧化碳超臨界干燥處理，反應(yīng)溫度為70°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為lOMPa，干燥時(shí)間為12h，最終得到高耐溫、低熱導(dǎo)的相變材料摻雜S12氣凝膠材料。新型隔熱復(fù)合材料的相變溫度為486.5°C，其相變潛熱為350.5J/g，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.025W.Hf1K'
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種相變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料，其特征在于由相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽摻雜在S12氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)中得到；氣復(fù)合隔熱材料的相變溫度為476.5 °C?497.5 °C，相變潛熱為332.2J/g?355.2J/g ；室溫?zé)釋?dǎo)率為0.023?0.028W.m-1IT1;其中相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽中Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?1.5)。2.—種制備如權(quán)利要求1所述的相變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料的方法，其具體步驟如下: (1)取Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1:(I?1.5)作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化，得到相變材料Li2CO3-Na2⑶3 二元熔鹽，然后將燒好的原料冷卻研磨過篩待用； (2)配置乙醇與蒸餾水體積比為(10?13):1的混合溶劑，將硅源溶解于混合溶劑中，使得硅源與混合溶劑體積比為1: (2?3)，再加入酸調(diào)節(jié)PH為5?6，在55°C?70°C的條件下攪拌，得到S12溶膠； (3)將相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽加入步驟(2)制備所得的S12溶膠中，其中二元熔鹽的質(zhì)量與硅源的體積比為1:(28?45)g/ml，均勻混合后加入堿調(diào)節(jié)PH為7?9，攪拌均勻后將混合溶膠置于模具中待其凝膠； (4)將步驟(3)得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠于20°C?30°C下凝膠，靜置，然后加入老化液，在烘箱內(nèi)進(jìn)行置換； (5)將步驟(4)得到的相變材料摻雜S12復(fù)合濕凝膠進(jìn)行超臨界干燥處理，得到塊狀變材料摻雜S12氣凝膠復(fù)合隔熱材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(I)燒至熔化的升溫速率是2°C/min?10°C/min，熔化溫度為600°C?650°C ;過篩為過300?400目篩。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所加的硅源為正硅酸四乙酯或硅溶膠的一種或其混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的堿為氨水或氫氧化鈉中的一種或其混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述的老化液為乙醇或正硅酸四乙酯中的一種或其混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(4)中的烘箱溫度為50?70°C;置換的次數(shù)為3?8次，每次時(shí)間為12?24h。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(5)所述的超臨界干燥為乙醇超臨界干燥或二氧化碳超臨界干燥；其中乙醇超臨界干燥以乙醇作為干燥介質(zhì)，反應(yīng)溫度為250?300°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為10?16MPa，干燥時(shí)間為2?8h; 二氧化碳超臨界干燥以二氧化碳作為干燥介質(zhì)，反應(yīng)溫度為50?70°C，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為8?12MPa，干燥時(shí)間為10?12h0
【文檔編號】C04B38/00GK106045554SQ201610362892
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】沈曉冬, 酈煒, 崔升
【申請人】南京工業(yè)大學(xué)