本發(fā)明屬于硅氣凝膠材料的制備技術領域，具體是涉及一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料及制備方法。
背景技術：
硅氣凝膠材料的基質(zhì)由不到10％的SiO2骨架和高于90％的空穴構成，具有較低的導熱率、較小的密度和較高的強度等優(yōu)異性能，成為現(xiàn)在研究的熱點。硅氣凝膠材料的熱傳導系數(shù)0.0129W/m·K比空氣的熱傳導系數(shù)0.024W/m·K還小，不到實心玻璃熱傳導系數(shù)的1％，作為絕熱材料廣泛應用于航空航天、冶金、冷凍、冷藏等高低溫設備上。
用于制作太陽能熱收集器、太陽能浴池、冰箱、冷藏箱和冷熱自動售貨機等高溫或低溫設備中可視窗的材料，不僅需要具有良好的絕熱性能，還要具有較高的可見光透過性。但是現(xiàn)有技術中的硅氣凝膠材料受限于選材及制備方法，可見光透過性較差，不適用于制作可視窗，大大制約了其應用范圍，需要本領域技術人員對硅氣凝膠材料的選材及制備方法進行改進。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題，提供一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料及制備方法。
本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料，按100重量份計，其制作組分包括：弱酸10～25份，弱堿5～10份、有機硅烷Si(OR)4 55～75份、三嵌段共聚物10～20份。
作為優(yōu)選，所述弱酸選用甲酸或醋酸；所述弱堿選用氨水；所述有機硅烷Si(OR)4中R為含碳數(shù)為1～6的烷基；所述三嵌段共聚物選用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯EPE型固體片狀三嵌段共聚物，其中聚氧丙烯的分子量在2250～2750之間。
作為優(yōu)選，所述有機硅烷Si(OR)4選用烷氧基硅烷；所述三嵌段共聚物選用F98、F88、F87中的一種或幾種。
一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料，其制備方法包括以下步驟：步驟(1)，將弱酸配制成濃度為0.005～0.015mol/L的弱酸水溶液，將弱堿配置成濃度為0.5～1.5mol/L的弱堿水溶液；步驟(2)，將三嵌段共聚物加入到步驟(1)配制的弱酸水溶液中，并攪拌15～25分鐘；步驟(3)，將有機硅烷加入到步驟(2)的溶液中，并攪拌8～12小時，促進有機硅烷的溶解；步驟(4)，將步驟(1)配制的弱堿水溶液加入到步驟(3)的溶液中，并攪拌15～25分鐘；步驟(5)，將步驟(4)攪拌均勻的溶液放入到密封容器中，在室溫下靜置20～28小時，形成濕凝膠；步驟(6)，將步驟(5)得到的濕凝膠浸入在熱水中，并靜置1～5天；步驟(7)，取出步驟(6)得到的濕凝膠，并浸沒在乙醇中，在室溫下靜置10～25小時；步驟(8)，將步驟(7)中的濕凝膠連同乙醇一并放入高壓反應釜中進行超臨界二氧化碳干燥，即可制得適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料。
作為優(yōu)選，所述硅氣凝膠材料的制備方法，步驟(6)中熱水的溫度為40～80℃，步驟(8)中超臨界二氧化碳干燥的條件為40～70℃、10～14MPa。
本發(fā)明制備的硅氣凝膠材料具有納米微粒骨架、納米級微孔，微孔和顆粒的直徑分布范圍極窄，因而具有較高的可見光透過性、強度及極低的熱傳導系數(shù)。使用本發(fā)明的硅氣凝膠材料制作厚度為10mm的可視窗樣品，經(jīng)試驗測定，可見光透過率可達90％以上，微孔直徑為15～35nm之間，二氧化硅顆粒直徑為10～23nm，抗折強度為0.1～0.15N/mm2，楊氏模量大于1.5MPa，熱傳導系數(shù)小于0.02W/m·K，遠小于玻璃的熱傳導系數(shù)1.1W/m·K，因而本發(fā)明適用于制作超絕熱可視窗，可廣泛應用于高低溫設備、太陽能熱收集器或太陽能浴池等技術領域，能夠大大降低熱損失，節(jié)約環(huán)境能源。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1：一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料，按100重量份計，其制作組分包括：醋酸15份，氨水9份、有機硅烷Si(OC2H5)4 60份、三嵌段共聚物F88 16份。其制備方法包括以下步驟：步驟(1)，將醋酸配制成濃度為0.01mol/L的醋酸水溶液，將氨水配置成濃度為1mol/L的氨水水溶液；步驟(2)，將三嵌段共聚物F88加入到步驟(1)配制的醋酸水溶液中，并攪拌20分鐘；步驟(3)，將有機硅烷Si(OC2H5)4加入到步驟(2)的溶液中，并攪拌10小時，促進有機硅烷Si(OC2H5)4的溶解；步驟(4)，將步驟(1)配制的氨水水溶液加入到步驟(3)的溶液中，并攪拌20分鐘；步驟(5)，將步驟(4)攪拌均勻的溶液放入到密封容器中，在室溫下靜置25小時，形成濕凝膠；步驟(6)，將步驟(5)得到的濕凝膠浸入在溫度為50℃的熱水中，并靜置4天；步驟(7)，取出步驟(6)得到的濕凝膠，并浸沒在乙醇中，在室溫下靜置15小時；步驟(8)，將步驟(7)中的濕凝膠連同乙醇一并放入高壓反應釜中在50℃、12MPa的條件下進行超臨界二氧化碳干燥，即可制得適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料。
使用本發(fā)明的硅氣凝膠材料制作厚度為10mm的可視窗樣品，經(jīng)試驗測定，可見光透過率可達92％以上，微孔直徑為15～35nm之間，二氧化硅顆粒直徑為10～23nm，抗折強度為0.12N/mm2，楊氏模量為1.6MPa，熱傳導系數(shù)小于0.02W/m·K，遠小于玻璃的熱傳導系數(shù)1.1W/m·K。
實施例2：一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料，按100重量份計，其制作組分包括：醋酸18份，氨水10份、有機硅烷Si(OCH3)4 55份、三嵌段共聚物F87 17份。其制備方法包括以下步驟：步驟(1)，將醋酸配制成濃度為0.012mol/L的醋酸水溶液，將氨水配置成濃度為1.2mol/L的氨水水溶液；步驟(2)，將三嵌段共聚物F87加入到步驟(1)配制的醋酸水溶液中，并攪拌15分鐘；步驟(3)，將有機硅烷Si(OCH3)4加入到步驟(2)的溶液中，并攪拌8小時，促進有機硅烷Si(OCH3)4的溶解；步驟(4)，將步驟(1)配制的氨水水溶液加入到步驟(3)的溶液中，并攪拌20分鐘；步驟(5)，將步驟(4)攪拌均勻的溶液放入到密封容器中，在室溫下靜置20小時，形成濕凝膠；步驟(6)，將步驟(5)得到的濕凝膠浸入在溫度為60℃的熱水中，并靜置3天；步驟(7)，取出步驟(6)得到的濕凝膠，并浸沒在乙醇中，在室溫下靜置13小時；步驟(8)，將步驟(7)中的濕凝膠連同乙醇一并放入高壓反應釜中在60℃、10MPa的條件下進行超臨界二氧化碳干燥，即可制得適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料。
使用本發(fā)明的硅氣凝膠材料制作厚度為10mm的可視窗樣品，經(jīng)試驗測定，可見光透過率可達91％以上，微孔直徑為15～30nm之間，二氧化硅顆粒直徑為10～23nm，抗折強度為0.12N/mm2，楊氏模量為1.53MPa，熱傳導系數(shù)小于0.02W/m·K，遠小于玻璃的熱傳導系數(shù)1.1W/m·K。
實施例3：一種適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料，按100重量份計，其制作組分包括：甲酸10份，氨水5份、有機硅烷Si(OC3H7)4 75份、三嵌段共聚物F98 10份。其制備方法包括以下步驟：步驟(1)，將甲酸配制成濃度為0.005mol/L的甲酸水溶液，將氨水配置成濃度為0.5mol/L的氨水水溶液；步驟(2)，將三嵌段共聚物F98加入到步驟(1)配制的甲酸水溶液中，并攪拌15分鐘；步驟(3)，將有機硅烷Si(OC3H7)4加入到步驟(2)的溶液中，并攪拌12小時，促進有機硅烷Si(OC3H7)4的溶解；步驟(4)，將步驟(1)配制的氨水水溶液加入到步驟(3)的溶液中，并攪拌25分鐘；步驟(5)，將步驟(4)攪拌均勻的溶液放入到密封容器中，在室溫下靜置28小時，形成濕凝膠；步驟(6)，將步驟(5)得到的濕凝膠浸入在溫度為40℃的熱水中，并靜置5天；步驟(7)，取出步驟(6)得到的濕凝膠，并浸沒在乙醇中，在室溫下靜置25小時；步驟(8)，將步驟(7)中的濕凝膠連同乙醇一并放入高壓反應釜中在70℃、14MPa的條件下進行超臨界二氧化碳干燥，即可制得適用于制作超絕熱可視窗的硅氣凝膠材料。
使用本發(fā)明的硅氣凝膠材料制作厚度為10mm的可視窗樣品，經(jīng)試驗測定，可見光透過率可達92％以上，微孔直徑為15～35nm之間，二氧化硅顆粒直徑為10～23nm，抗折強度為0.12N/mm2，楊氏模量為1.6MPa，熱傳導系數(shù)小于0.02W/m·K，遠小于玻璃的熱傳導系數(shù)1.1W/m·K。
最后，應當指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明的技術方案并不限于上述實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。