疏水沉淀二氧化硅复合材料的制备方法与流程

本发明属于新材料的制备领域，具体涉及一种疏水沉淀二氧化硅复合材料的制备方法。

背景技术：

氧化硅气凝胶具有低密度、高比表面积、大孔隙率等结构特征，赋予其优异的隔热性能，但氧化硅气凝胶的高成本限制了其大范围应用。

沉淀二氧化硅的成本远低于氧化硅气凝胶，仅有氧化硅气凝胶的百分之五不到，用于隔热材料有利于大面积推广，与氧化硅气凝胶高低搭配使用可减小工程应用成本。沉淀二氧化硅是以水玻璃和无机酸为原料制备的一种纳米二氧化硅材料，一般用于轮胎补强、塑料填料、日化品、饲料、涂料等行业，沉淀二氧化硅作为隔热材料较少提及。

专利201080007741.2报道了包含沉淀二氧化硅的隔热材料及其模制品，其产品成分为沉淀二氧化硅、遮光剂、粘结剂和颗粒隔离填料(蛭石、珍珠岩、粉煤、二氧化硅等)，但未述及疏水沉淀二氧化硅复合材料制品及相关技术方案。

专利201710893609.x和201110178448.9提供了沉淀二氧化硅的疏水改性方法，其主要技术路线为将包含疏水改性剂的溶液与沉淀二氧化硅作用实现沉淀二氧化硅的疏水，是一种后改性方法，该方法对沉淀二氧化硅的结构有破坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种疏水沉淀二氧化硅复合材料的制备方法。该方法对沉淀二氧化硅结构无破坏，所述的疏水沉淀二氧化硅复合材料，可用于隔热、隔音或真空绝热板芯材。

本发明的技术方案为：一种疏水沉淀二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于：

将水性沉淀二氧化硅浆料、硅烷偶联剂、疏水改性剂混合搅拌配成混合浆料，然后将混合浆料与纤维毡复合，最后干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。

本发明所制得的疏水沉淀二氧化硅复合材料的表观密度为0.08～0.20g/cm³，热导率为0.024～0.032w/(m·k)，水接触角为100～135°。

优选所述的水性沉淀二氧化硅浆料的质量固含量为5～25％。(更优选水性沉淀二氧化硅浆料在喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.10～0.15g/cm³，孔容1.5～2.0cm³/g，干基sio2含量质量分数92～98％。)

优选所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、n-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷或n-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。

优选所述的疏水改性剂为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基甲氧基硅烷或二甲基乙氧基硅烷中的一种。

有混合浆料各组分的体积份为：85～95份沉淀二氧化硅浆料、1～5份硅烷偶联剂、3～10份疏水改性剂。

优选所述的混合搅拌的温度为20～60℃，搅拌时间为5～30分钟。

优选所述的纤维毡为玻璃纤维毡、炭纤维毡、有机高分子纤维毡、预氧丝纤维毡或陶瓷纤维毡中的一种；纤维毡的密度为0.05～0.15g/cm³。

优选所述的混合浆料与纤维毡的复合的方式为浸渍或喷涂中的一种。

优选所述的干燥为冷冻干燥、减压干燥或常压干燥中的一种。

有益效果：

本发明所述的疏水沉淀二氧化硅复合材料具有以下特点：

(1)以沉淀二氧化硅浆料为起始物，通过在浆料中加入改性剂的方式实现沉淀二氧化硅的疏水功能化，避免了沉淀二氧化硅产品加入改性剂溶液中对其结构的破坏，而且灵活性更好，环境友好性更好，适合大规模工业化生产。

(2)沉淀二氧化硅浆料与纤维毡复合形成的复合材料用于隔热避免了沉淀二氧化硅粉体用于隔热所需的成型，而且相对于气凝胶等隔热材料成本大大降低，相对于纤维毡本身隔热性能明显提高。

附图说明

图1为实例3制得的疏水沉淀二氧化硅复合材料疏水效果图；

图2为实例3制得的疏水沉淀二氧化硅复合材料中的疏水沉淀二氧化硅粉体疏水效果图。

具体实施方式

实例1

质量固含量为20％的水性沉淀二氧化硅浆料为起始物(该沉淀二氧化硅浆料喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.12g/cm³，孔容1.7cm³/g，干基sio2含量质量分数96％)，以90份该沉淀二氧化硅浆料与5份3-氨丙基三乙氧基硅烷和5份甲基三乙氧基硅烷在20℃搅拌30分钟配成混合浆料，混合浆料与密度0.10g/cm³的玻璃纤维毡浸渍复合后冷冻干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。疏水沉淀二氧化硅复合材料表观密度为0.18g/cm³，常温常压热导率为0.024w/(m·k)，水接触角为100°，复合材料相对于玻璃纤维毡热导率(同等测试条件下0.038w/(m·k))明显提高。

实例2

质量固含量为25％的水性沉淀二氧化硅浆料为起始物(该沉淀二氧化硅浆料喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.15g/cm³，孔容1.5cm³/g，干基sio2含量质量分数98％)，以90份该沉淀二氧化硅浆料与3份3-氨丙基三甲氧基硅烷、7份甲基三甲氧基硅烷在20℃搅拌5分钟配成混合浆料，混合浆料与密度0.10g/cm³的炭纤维毡浸渍复合后减压干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。疏水沉淀二氧化硅复合材料表观密度为0.20g/cm³，常温常压热导率为0.028w/(m·k)，水接触角为100°，复合材料相对于炭纤维毡热导率(同等测试条件下0.041w/(m·k))明显提高。

实例3

质量固含量为5％的水性沉淀二氧化硅浆料为起始物(该沉淀二氧化硅浆料喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.10g/cm³，孔容2.0cm³/g，干基sio2含量质量分数92％)，以85份该沉淀二氧化硅浆料与5份n-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、10份二甲基乙氧基硅烷在60℃搅拌15分钟配成混合浆料，混合浆料与密度0.05g/cm³的有机高分子纤维毡浸渍复合后冷冻干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。疏水沉淀二氧化硅复合材料表观密度为0.08g/cm³，常温常压热导率为0.030w/(m·k)，水接触角为135°，复合材料相对于有机高分子纤维毡热导率(同等测试条件下0.055w/(m·k))明显提高。

参见附图，图1为该实例制得的疏水沉淀二氧化硅复合材料疏水效果图，所述的疏水沉淀二氧化硅复合材料表现出良好的水不浸润特征，表明疏水改性剂发挥了其作用。

参见附图，图2为该实例制得的疏水沉淀二氧化硅粉体的疏水效果图，所述的沉淀二氧化硅复合材料中的沉淀二氧化硅粉体表现出良好的疏水效果，其水接触角约为135°，表明该发明提供的方法同样可制备疏水改性沉淀二氧化硅粉体。

实例4

质量固含量为20％的水性沉淀二氧化硅浆料为起始物(该沉淀二氧化硅浆料喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.12g/cm³，孔容1.7cm³/g，干基sio2含量质量分数96％)，以95份该沉淀二氧化硅浆料与1份n-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、4份二甲基甲氧基硅烷在40℃搅拌20分钟配成混合浆料，混合浆料与密度0.15g/cm³的陶瓷纤维毡喷涂复合后常压干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。疏水沉淀二氧化硅复合材料表观密度为0.18g/cm³，常温常压热导率为0.032w/(m·k)，水接触角为125°，复合材料相对于陶瓷纤维毡热导率(同等测试条件下0.046w/(m·k))明显提高。

实例5

质量固含量为15％的水性沉淀二氧化硅浆料为起始物(该沉淀二氧化硅浆料喷雾干燥后沉淀二氧化硅粉体的堆积密度0.12g/cm³，孔容1.8cm³/g，干基sio2含量质量分数94％)，以94份该沉淀二氧化硅浆料与3份3-氨丙基三乙氧基硅烷、3份二甲基乙氧基硅烷在20℃搅拌30分钟配成混合浆料，混合浆料与密度0.10g/cm³的预氧丝纤维毡喷涂复合后冷冻干燥得到疏水沉淀二氧化硅复合材料。疏水沉淀二氧化硅复合材料表观密度为0.15g/cm³，常温常压热导率为0.028w/(m·k)，水接触角为105°，复合材料相对于预氧丝纤维毡热导率(同等测试条件下0.040w/(m·k))明显提高。