本发明属于硅气凝胶材料的制备技术领域，具体是涉及一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料及制备方法。
背景技术：
硅气凝胶材料的基质由不到10％的SiO2骨架和高于90％的空穴构成，具有较低的导热率、较小的密度和较高的强度等优异性能，成为现在研究的热点。硅气凝胶材料的热传导系数0.0129W/m·K比空气的热传导系数0.024W/m·K还小，不到实心玻璃热传导系数的1％，作为绝热材料广泛应用于航空航天、冶金、冷冻、冷藏等高低温设备上。
用于制作太阳能热收集器、太阳能浴池、冰箱、冷藏箱和冷热自动售货机等高温或低温设备中可视窗的材料，不仅需要具有良好的绝热性能，还要具有较高的可见光透过性。但是现有技术中的硅气凝胶材料受限于选材及制备方法，可见光透过性较差，不适用于制作可视窗，大大制约了其应用范围，需要本领域技术人员对硅气凝胶材料的选材及制备方法进行改进。
技术实现要素：
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料及制备方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，其制作组分包括：弱酸10～25份，弱碱5～10份、有机硅烷Si(OR)4 55～75份、三嵌段共聚物10～20份。
作为优选，所述弱酸选用甲酸或醋酸；所述弱碱选用氨水；所述有机硅烷Si(OR)4中R为含碳数为1～6的烷基；所述三嵌段共聚物选用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯EPE型固体片状三嵌段共聚物，其中聚氧丙烯的分子量在2250～2750之间。
作为优选，所述有机硅烷Si(OR)4选用烷氧基硅烷；所述三嵌段共聚物选用F98、F88、F87中的一种或几种。
一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，其制备方法包括以下步骤：步骤(1)，将弱酸配制成浓度为0.005～0.015mol/L的弱酸水溶液，将弱碱配置成浓度为0.5～1.5mol/L的弱碱水溶液；步骤(2)，将三嵌段共聚物加入到步骤(1)配制的弱酸水溶液中，并搅拌15～25分钟；步骤(3)，将有机硅烷加入到步骤(2)的溶液中，并搅拌8～12小时，促进有机硅烷的溶解；步骤(4)，将步骤(1)配制的弱碱水溶液加入到步骤(3)的溶液中，并搅拌15～25分钟；步骤(5)，将步骤(4)搅拌均匀的溶液放入到密封容器中，在室温下静置20～28小时，形成湿凝胶；步骤(6)，将步骤(5)得到的湿凝胶浸入在热水中，并静置1～5天；步骤(7)，取出步骤(6)得到的湿凝胶，并浸没在乙醇中，在室温下静置10～25小时；步骤(8)，将步骤(7)中的湿凝胶连同乙醇一并放入高压反应釜中进行超临界二氧化碳干燥，即可制得适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料。
作为优选，所述硅气凝胶材料的制备方法，步骤(6)中热水的温度为40～80℃，步骤(8)中超临界二氧化碳干燥的条件为40～70℃、10～14MPa。
本发明制备的硅气凝胶材料具有纳米微粒骨架、纳米级微孔，微孔和颗粒的直径分布范围极窄，因而具有较高的可见光透过性、强度及极低的热传导系数。使用本发明的硅气凝胶材料制作厚度为10mm的可视窗样品，经试验测定，可见光透过率可达90％以上，微孔直径为15～35nm之间，二氧化硅颗粒直径为10～23nm，抗折强度为0.1～0.15N/mm2，杨氏模量大于1.5MPa，热传导系数小于0.02W/m·K，远小于玻璃的热传导系数1.1W/m·K，因而本发明适用于制作超绝热可视窗，可广泛应用于高低温设备、太阳能热收集器或太阳能浴池等技术领域，能够大大降低热损失，节约环境能源。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，其制作组分包括：醋酸15份，氨水9份、有机硅烷Si(OC2H5)4 60份、三嵌段共聚物F88 16份。其制备方法包括以下步骤：步骤(1)，将醋酸配制成浓度为0.01mol/L的醋酸水溶液，将氨水配置成浓度为1mol/L的氨水水溶液；步骤(2)，将三嵌段共聚物F88加入到步骤(1)配制的醋酸水溶液中，并搅拌20分钟；步骤(3)，将有机硅烷Si(OC2H5)4加入到步骤(2)的溶液中，并搅拌10小时，促进有机硅烷Si(OC2H5)4的溶解；步骤(4)，将步骤(1)配制的氨水水溶液加入到步骤(3)的溶液中，并搅拌20分钟；步骤(5)，将步骤(4)搅拌均匀的溶液放入到密封容器中，在室温下静置25小时，形成湿凝胶；步骤(6)，将步骤(5)得到的湿凝胶浸入在温度为50℃的热水中，并静置4天；步骤(7)，取出步骤(6)得到的湿凝胶，并浸没在乙醇中，在室温下静置15小时；步骤(8)，将步骤(7)中的湿凝胶连同乙醇一并放入高压反应釜中在50℃、12MPa的条件下进行超临界二氧化碳干燥，即可制得适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料。
使用本发明的硅气凝胶材料制作厚度为10mm的可视窗样品，经试验测定，可见光透过率可达92％以上，微孔直径为15～35nm之间，二氧化硅颗粒直径为10～23nm，抗折强度为0.12N/mm2，杨氏模量为1.6MPa，热传导系数小于0.02W/m·K，远小于玻璃的热传导系数1.1W/m·K。
实施例2：一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，其制作组分包括：醋酸18份，氨水10份、有机硅烷Si(OCH3)4 55份、三嵌段共聚物F87 17份。其制备方法包括以下步骤：步骤(1)，将醋酸配制成浓度为0.012mol/L的醋酸水溶液，将氨水配置成浓度为1.2mol/L的氨水水溶液；步骤(2)，将三嵌段共聚物F87加入到步骤(1)配制的醋酸水溶液中，并搅拌15分钟；步骤(3)，将有机硅烷Si(OCH3)4加入到步骤(2)的溶液中，并搅拌8小时，促进有机硅烷Si(OCH3)4的溶解；步骤(4)，将步骤(1)配制的氨水水溶液加入到步骤(3)的溶液中，并搅拌20分钟；步骤(5)，将步骤(4)搅拌均匀的溶液放入到密封容器中，在室温下静置20小时，形成湿凝胶；步骤(6)，将步骤(5)得到的湿凝胶浸入在温度为60℃的热水中，并静置3天；步骤(7)，取出步骤(6)得到的湿凝胶，并浸没在乙醇中，在室温下静置13小时；步骤(8)，将步骤(7)中的湿凝胶连同乙醇一并放入高压反应釜中在60℃、10MPa的条件下进行超临界二氧化碳干燥，即可制得适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料。
使用本发明的硅气凝胶材料制作厚度为10mm的可视窗样品，经试验测定，可见光透过率可达91％以上，微孔直径为15～30nm之间，二氧化硅颗粒直径为10～23nm，抗折强度为0.12N/mm2，杨氏模量为1.53MPa，热传导系数小于0.02W/m·K，远小于玻璃的热传导系数1.1W/m·K。
实施例3：一种适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料，按100重量份计，其制作组分包括：甲酸10份，氨水5份、有机硅烷Si(OC3H7)4 75份、三嵌段共聚物F98 10份。其制备方法包括以下步骤：步骤(1)，将甲酸配制成浓度为0.005mol/L的甲酸水溶液，将氨水配置成浓度为0.5mol/L的氨水水溶液；步骤(2)，将三嵌段共聚物F98加入到步骤(1)配制的甲酸水溶液中，并搅拌15分钟；步骤(3)，将有机硅烷Si(OC3H7)4加入到步骤(2)的溶液中，并搅拌12小时，促进有机硅烷Si(OC3H7)4的溶解；步骤(4)，将步骤(1)配制的氨水水溶液加入到步骤(3)的溶液中，并搅拌25分钟；步骤(5)，将步骤(4)搅拌均匀的溶液放入到密封容器中，在室温下静置28小时，形成湿凝胶；步骤(6)，将步骤(5)得到的湿凝胶浸入在温度为40℃的热水中，并静置5天；步骤(7)，取出步骤(6)得到的湿凝胶，并浸没在乙醇中，在室温下静置25小时；步骤(8)，将步骤(7)中的湿凝胶连同乙醇一并放入高压反应釜中在70℃、14MPa的条件下进行超临界二氧化碳干燥，即可制得适用于制作超绝热可视窗的硅气凝胶材料。
使用本发明的硅气凝胶材料制作厚度为10mm的可视窗样品，经试验测定，可见光透过率可达92％以上，微孔直径为15～35nm之间，二氧化硅颗粒直径为10～23nm，抗折强度为0.12N/mm2，杨氏模量为1.6MPa，热传导系数小于0.02W/m·K，远小于玻璃的热传导系数1.1W/m·K。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。