红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法和应用
【专利说明】红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法和应用
[0001]本申请是母案申请“一种用于S12气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法”的分案申请，母案申请的申请日为2014年I月17日，母案申请的申请号为2014100299668ο
技术领域
[0002]本发明涉及一种尺寸可控的核壳结构陶瓷微球及其制备方法，更具体的说，涉及一种用于3102气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法，属于高温隔热材料领域。
【背景技术】
[0003]S12气凝胶是一种具有纳米孔结构的非晶态轻质材料，孔隙率高达99%，具有良好的隔热性能，用其制备的绝热材料具有轻质、热导率低、强度高等优点。可用于航空航天、建筑、工业、交通等重要领域。但是纯S12气凝胶在高温时对2-8 μπι红外波段的红外线具有穿透性，而且S12基隔热材料在超过800°C长时间使用时会使内部纳米孔隙结构遭到破坏，进而大幅降低S12的隔热效果。此外，S12气凝胶的强度很低，限制了其实际应用。因此，为了提尚纳米S12S孔绝热材料的尚温使用性能，引入具有尚反射性能的红外遮光剂，从而有效减少材料福射传热，对提尚S12气凝I父的尚温隔热性能具有积极意义。
[0004]目前针对S12气凝胶来说，主要的红外遮盖剂有炭黑、Al 203无机陶瓷纤维、SiC微粉、六钛酸钾晶须、钛白粉等。其中炭黑是较早使用的一种红外遮光剂，但是其遇高温易氧化、使用温度低；A1203无机陶瓷纤维的纤维一般较长，其常用于制备纤维复合材料，遮光效果较差；SiC微粉、六钛酸钾晶须以及钛白粉与S12气凝胶掺杂后可明显降低纯S12气凝胶的红外透过率。但是这些粉体本身密度较大，在凝胶过程中极易发生沉淀，引起其在气凝胶中分散不均，降低了高温辐射传热遮蔽效果，而且沉淀物还会增加固相传热，致使气凝胶块体在干燥过程中开裂，严重影响其使用性能。
[0005]过去的几十年里，核壳结构以其特殊结构及独特的光电、磁、催化等性能被广泛的研究，然而大部分核壳结构的研究主要集中在催化性能、吸附性能以及电极材质等方面应用，对于热学方面的研究很少。随着“核-壳”结构粒子制备和表征技术的飞速发展，这类具有“核-壳”结构的粒子为解决隔热材料的技术瓶颈开辟了新的道路。已有研究表明，核壳结构较实心、多孔等结构具有更好的散射能力，并且核壳结构最优半径是0.3-1.6 μπι，壳层厚度是100-300nm。因此，开发研究尺寸可控且在高温环境下具有较强红外反射功能的核壳结构遮盖剂，以增强S12气凝胶的高温隔热性能显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于S12气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法。采用乳液法与陶瓷先驱体转化法相结合，制备尺寸可控的核壳结构陶瓷微珠遮光剂，通过调整多界面核壳结构各层尺寸、界面状态，获得具有最佳结构的SiCOT1dA红外遮光剂。将制得的核壳微球与S12气凝胶进行干压成型，分析其对S12气凝胶在高温环境中的抗红外辐射性能的影响。
[0007]陶瓷先驱体转化法是近年来制备高温陶瓷材料的新方法，该方法打破了陶瓷是由无机非金属粉体高温烧结制备的传统，采用含有所需陶瓷元素的有机聚合物为原料，通过高温裂解除去H、CH3等有机基团，形成无机陶瓷材料。由于该方法是从有机物出发，因此可以进行分子设计，最终能够获得一些无机反应难以获得的化合形式。该方法的另一个特点是，有机物裂解温度低，产物活性高，可在较低温度下获得高温性能优异的陶瓷材料。
[0008]本发明的目的通过下述技术方案予以实现:
[0009]—种用于S12气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法，其特征在于按照以下步骤进行:
[0010]I)将30重量份固体石蜡预先放入52°C油浴三口瓶中熔化，依次放入1-3重量份钛酸丁酯、5-8重量份聚硅氮烷、1-3重量份二乙烯基苯，与熔化后的石蜡在磁力搅拌下混合均勾，获得均一油相；将2-6重量份乳化剂在超声条件下分散在400重量份去离子水中，获得均一水相；将水相与油相在磁力高速搅拌条件下乳化，制备均一乳液体系；安装好冷凝装置，将均匀乳液在油浴锅中进行反应；
[0011]2)将步骤I产物用有机溶剂离心清洗3分钟，放入50°C烘箱中烘干；
[0012]3)将步骤2产物放入气氛炉中烧结；
[0013]4)将步骤3得到的20-40重量份粉末与100重量份粉末状3102气凝胶混合均匀，常温下进行干压成型得到掺杂改性的3102气凝胶。
[0014]所述用于S12气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂的尺寸可控的中空核壳结构陶瓷微球，其核壳结构是T12包覆SiC，其空心尺寸是Φ0.8-1.5 μπι，核层SiC厚度是0.1-0.2 μ m，壳层T12厚度是0.1-0.3 μ m，T1 2为金红石结构；
[0015]所述乳化剂可以是十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、T-80、司班-80中的一种；
[0016]所述有机溶剂可以是正己烷、四氯化碳、三氯甲烷、苯、石蜡醚、二硫化碳、各种矿物油及植物油中的一种或其混合物；
[0017]所述均匀乳液可以在60_80°C的油浴锅中反应6-8小时；
[0018]所述干燥后产物可以在氮气保护的气氛炉中烧结，高温气氛炉温度800-1400°C，保温时间为0.5-2小时
[0019]本发明的优点及特点:
[0020]1.球形形貌。本发明遮光剂是球形形貌的粉体材料，由紧密堆积理论可知，球形结构粉体具有较高的松装密度，其反射能力强于无规则形貌的粉体材料。因此，为了提高粉体材料对于3102气凝胶红外遮蔽效果，具有球形结构的遮光材料更具优势。
[0021]2.质轻、低密度。本发明遮光剂是空心结构，空心结构密度远小于比实心结构，极大降低了掺杂后3102气凝胶的质量。
[0022]3.核壳结构。本发明遮光剂是以SiC为核层，T12为壳层的核壳结构。SiC具有高折射率和较好的高温稳定性，其能够强有力的支撑中空结构。同时，金红石型T12是目前红外散射隔热材料中首选的功能性填料。红外光线经过包覆涂层界面后强度不断减弱，从而提高3102气凝胶隔热材料在高温环境中的抗红外辐射性能。
[0023]4.尺寸可控。本发明遮光剂核壳结构的核层、壳层尺寸可通过调整各组分含量、固化反应时间、固化反应温度等工艺参数来得到控制。
【附图说明】
[0024]图1是中空核壳结构陶瓷微球的SEM照片。
[0025]图2是中空核壳结构陶瓷微球的TEM照片。
【具体实施方式】
[0026]为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但并不限制本发明。
[0027]实施例1
[0028]I)将3g固体石蜡预先放入52°C油浴三口瓶中熔化，依次放入0.3g钛酸丁酯、0.Sg聚硅氮烷、0.2g 二乙烯基苯，与熔化后的石蜡在磁力搅拌下混合均匀，获得均一油相；将0.5g十二烷基磺酸钠在超声条件下分散在40g去离子水中，获得均一水相；将水相与油相在磁力高速搅拌条件下乳化，制备均一乳液体系；安装好冷凝装置将均匀乳液在80°C油浴锅中反应8小时；
[0029]2)将步骤I产物用有机溶剂离心清洗3分钟，放入5