觸變性膠體為模板劑的納米多孔高溫隔熱材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高溫隔熱材料及制備方法，特別涉及以觸變性膠體為為模板劑， 形成水相均勻三維網絡納米多孔結構，通過添加結合劑、骨料、粉料、遮光劑和外加劑，制備 出一種具備有納米多孔結構的高溫隔熱材料。本發明高溫隔熱材料制備方法具有操作簡 易、無需高壓特種設備、生產成本低，沒有易燃易爆或其他有害物質過程綠色環保、安全，有 利于大批量的生產。本發明涉及的高溫隔熱材料具有輕質、高強、低導熱系數的特點，可制 備成高溫隔熱磚、隔熱板、異形件和涂料，可應用于航天軍工、冶金鍛造、石油煉化、電力等 領域的高溫爐膛、管線、閥門等裝備的隔熱防護，提高使用安全性和節能降耗水平。
【背景技術】
[0002] 納米多孔材料是指材料內部具有納米尺寸孔洞結構的材料，因納米孔結構表現出 的"無窮長路徑"、"零對流"、"無窮多遮熱板"效應分別顯著消弱了熱量傳遞的傳導、對流和 輻射三種方式，因而納米多孔材料顯示出了低于空氣的超低導熱系數，成為目前性能最好 的絕熱材料。
[0003] 根據工藝路線的不同，納米多孔絕熱材料一般分為兩種，一種是通過溶膠-凝膠 工藝制備具有網絡狀納米多孔結構的氣凝膠材料，另一種是通過將納米粉體混合壓制成型 或加入膠黏劑制成涂料，依靠納米顆粒堆積形成的納米尺寸孔洞結構的納米多孔材料。為 獲得高溫下優異的絕熱性能，往往在上述兩種工藝的制備工程中添加紅外遮光劑。
[0004] 氣凝膠具有溶膠-凝膠過程中形成的以納米量級超微顆粒相互聚集構成納米多孔 網絡結構，孔隙率高達80~99. 8%，密度可低達0. 003g/cm3,室溫導熱系數可低達0. 013w/ (m·k)，使用溫度可達1300°C，是迄今為止最輕的固體材料和絕熱性能最好的材料。高溫 下使用氣凝膠包括硅氣凝膠、鋁氣凝膠、鋯氣凝膠、碳氣凝膠，及其上述組分混合氣凝膠。專 利CN200710034510. 0公開了一種耐高溫氧化鋁氣凝膠隔熱復合材料及其制備方法，由無 機陶瓷纖維氈或/和無機陶瓷纖維預制件與氧化鋁氣凝膠或摻雜有遮光劑的氧化鋁氣凝 膠構成。其制備方法包括氧化鋁溶膠配制、與無機陶瓷纖維氈或/和無機陶瓷纖維預制件 混合、老化、干燥等步驟。專利CN200910210998. 7公開了一種硅鋁氣凝膠復合材料及其制 備方法，包括硅溶膠制備、鋁溶膠制備、硅鋁復合溶膠制備、浸膠、膠凝、老化和超臨界干燥 等步驟。專利CN201110110947. 4公開了一種耐高溫Si-C-Ο氣凝膠隔熱復合材料及其制備 方法，將硅源和碳源混合，經水解和縮聚反應，形成具有納米多孔三維網絡骨架結構并在 網絡結構中含有Si、C、0三種元素的溶膠，將所述溶膠與耐高溫無機陶瓷纖維復合，形成 纖維與凝膠混合體，然后通過超臨界流體干燥，得到具有納米多孔結構的Si-C-Ο氣凝膠 先驅體復合材料，再對Si-C-Ο氣凝膠先驅體復合材料進行高溫惰性氣氛裂解，形成具有 Si-Ο鍵和Si-C鍵并存的Si-C-Ο氣凝膠隔熱復合材料。本發明制備的Si-C-Ο氣凝膠隔熱復 合材料，8001：、10001：、12001：的熱導率分別低達 0.0321/111.1(、0.0431/111.1(、0.0511/111*1(; 抗彎強度達2. 6MPa。專利CN200710023436. 2公開了一種塊狀低密度凝膠隔熱復合材料，利 用高聚合度聚丙烯酸作為多孔納米二氧化硅增強構架，使二氧化硅凝膠及其復合材料具 有一定的彈性和收縮性，有效抑制了凝膠制備及超臨界干燥過程的裂紋的產生；采用三氧 化二鋁、二氧化鈦、碳化硅、空心玻璃微珠或四氧化三鐵等粉末與水玻璃、有機硅樹脂或二 氧化硅溶膠等組成的封裝漿料對大塊二氧化硅氣凝膠表面進行封裝，封裝后的氣凝膠復 合材料經650~700°C煅燒，可以在最高溫度1000°C條件下使用。專利CN201110331274. 5 公開了一種氧化鋁納米多孔隔熱材料的制備方法，將納米氧化鋁粉體利用機械分散和化學 分散結合的方法均勻分散在乙醇等有機溶劑中，配制成均勻的有機懸浮液，然后再向上述 有機懸浮液中逐滴加入一定量配制好的凝膠劑，加入一定配比的催化劑，使得凝膠劑發生 縮聚反應，體系凝膠。所得濕凝膠經靜置老化、無水乙醇溶劑置換后，在常壓或者超臨界條 件下干燥即可得到氧化鋁的氣凝膠隔熱材料，可以在ll〇〇°C使用。專利CN201210256688. 0 公開了一種氧化鋯塊體氣凝膠的制備方法，采用鋯無機鹽為原料，結合陰離子交換技術和 溶膠-凝膠技術，以環氧化物為凝膠促進劑制備Zr02凝膠，并通過螯合劑、分散劑、干燥控 制劑等的添加調整凝膠網絡和孔結構的均勻性，通過凝膠老化工藝的改進增強凝膠網絡骨 架強度，再結合高溫超臨界干燥工藝，制備出了高強度、低密度、低導熱系數的Zr02塊體氣 凝膠。
[0005] 納米粉體混合制備納米多孔材料的工藝，由于粉體材料的選擇自由度較大， 制備工藝相對簡單，以及高溫下絕熱性能較好等優勢也受到技術人員的重視。專利CN200510000149. 0公開了一種隔熱涂料及其用途，其組成包括：成膜物15~65重量份； 納米多孔Si023~20重量份；納米氧化鐵黃1~12重量份；顏料5~30重量份；填料 3~22重量份；助劑0. 4~8重量份；溶劑6~30重量份。20μm的涂層厚度即可明顯 改善隔熱降溫效果，最佳涂膜厚度為35~45μm。該隔熱涂料對太陽熱和紅外輻射都有 高反射率、隔熱效率高、抗紫外線能力強，且具有超耐候性、強附著力及高自潔性性能。專 利CN200510134166. 3公開了一種高溫隔熱涂料，包含耐熱樹脂、溶劑、納米多孔性填充物 及中空微球無機填充物，其中耐熱樹脂包含一種以上的耐熱高分子，納米多孔性填充物具 有納米微孔結構，中空微球無機填充物為中空的球形體。專利CN201110332231. 9公開了 一種蛭石與納米二氧化硅復合納米多孔絕熱板及其制造方法，將蛭石原礦在膨化爐中加熱 膨化，形成膨脹蛭石；取30%~60%膨脹蛭石與40% -70%納米二氧化硅在納米包覆機中 混合；在混合過程中將膨脹蛭石剝離成微納米蛭石片，同時微納米蛭石片被納米二氧化硅 顆粒包覆，微納米蛭石片之間互不接觸，得到混合原料；將混合原料在成型設備中壓制成絕 熱板材。專利CN201110363370. 8公開了一種納米多孔高效隔熱板的制備方法，本將納米粉 體利用機械分散和化學分散結合的方法與纖維、結合劑、遮光劑、增塑劑、干燥控制劑、分散 劑及適量的調節干濕程度的試劑均勻的混合；利用干壓成型、流延成型或擠壓成型等方法 使其成型；控制干燥條件，對成型樣品進行干燥，然后覆上一定厚度和材質的反射層，即可 得到納米多孔高效隔熱板。專利CN200910201253. 4公開了一種納米二氧化硅微孔絕熱體 及其制備方法，由納米二氧化硅、遮光劑、無機纖維、反應活性劑組成，其各個組分的質量 百分比為：納米二氧化硅55-85%，遮光劑10-35%，無機纖維3-10%，反應活性劑2-12%。本 發明以納米二氧化硅為基本原料，加上碳化硅和二氧化鈦遮光劑、用玄武巖纖維或硅酸鋁 纖維增強，利用氟化鈉、磷酸二氫鋁作為反應活性劑使其在200-450°C的低燒結溫度條件 下形成化學反應，使得各原材料顆粒接觸面生成氟、磷硅酸類化物并連接成一整體，在平 均溫度500°C時的導熱系數不大于0. 038w/m*k。專利CN201210573808.X公開了一種氣相 Si02納米微孔絕熱材料，采用易制備的氣相納米二氧化硅粉體代替傳統載體二氧化硅氣凝 膠，加入紅外遮光劑和增強材料。
[0006] 上述專利的公開和實施將有利于納米多孔材料開發和應用的推進，但是仍然存在 許多問題。溶膠-凝膠形成網絡納米孔制備氣凝膠材料的工藝，或需要特殊設備如超臨界 干燥設備，或需要大量的有機溶膠置換如乙醇、正己烷等，工藝過程復雜、設備投資大而且 因為有機溶劑易燃易爆還不安全。納米粉體壓制成型制備納米多孔材料，需要將不同的納 米粉料進行分散混合，由于納米粉體自身的團聚問題和納米粉體與其他物料密度和粒度的 差異，要獲得均勻分散較為困難，并且制成的產品強度較低容易破碎限制了應用領域。納米 粉體加入膠黏劑制成涂料，因納米粉體本身價格較高，所得產品的成本也較高。
[0007] 為解決以上問題，本發明提出了一種新的納米多孔隔熱材料及其制備方法。

【發明內容】

[0008]為解決傳統納米多孔材料存在的不足，本發明提出了一種以觸變性膠體為模板劑 的納米多孔高溫隔熱材料及其制備方法，其包括以下步驟。
[0009] (1)制備觸變性膠體。
[0010] 所述觸變性膠體，包括無機觸變性膠體和有機觸變性膠體中一種或幾種。
[0011] 所述無機觸變性膠體包括氧化鋁膠體、氧化鈦膠體、氧化鋯膠