[发明专利]一种轻质有机-无机复合保温泡沫材料及制备方法

摘要

本发明公开了一种轻质有机‑无机复合保温泡沫材料及其制备方法，所述复合保温泡沫材料是由聚氨酯泡沫、纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶、改性介孔C‑SiO2纳米球复合制备而成的；其中，复合保温泡沫材料的质量分数为60‑70％，纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶的质量分数为10‑20％，其余为改性介孔C‑SiO2纳米球；将上述三种物质混合后经注模、胀定、脱模和后固化，得到有机‑无机复合保温泡沫材料。本发明以新型多孔纤维复合气凝胶为聚氨酯泡沫的改性剂，不仅提高了聚氨酯泡沫的拉伸强度，同时确保聚氨酯泡沫材料具有较好的保温性能；通过改性介孔C‑SiO2纳米球对聚氨酯进行填充改性进一步提高了聚氨酯泡沫的保温性能。

主权项

1.一种轻质有机‑无机复合保温泡沫材料，其特征在于：所述复合保温泡沫材料是由聚氨酯泡沫、纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶、改性介孔C‑SiO2纳米球复合制备而成的，所述复合保温泡沫材料的压缩强度不小于250kPa，导热系数不大于0.02W/(m·K)；其中，所述复合保温泡沫材料中聚氨酯泡沫的质量分数为60‑70％，纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶的质量分数为10‑20％；其中，所述复合保温泡沫材料的制备方法，包括：(1)制备纳米沸石分子筛将水与有机胺混合搅拌均匀后，加入正硅酸乙酯在室温下以300‑500r/min的速度搅拌20‑28h，陈化22‑26h后，加入异丙醇铝以500‑700r/min的速度继续搅拌22‑26h得到含有硅和铝的溶胶，所述溶胶中正硅酸乙酯、有机胺、水和异丙醇铝的摩尔质量比为1:0.3‑0.35:17.5‑18.5:0.003‑0.004，将所述溶胶依次进行48h的微波辅助老化反应、分段水热晶化反应、真空抽滤、洗涤、110℃烘干得到粒径为80‑100nm的纳米沸石分子筛；其中，第一段水热晶化温度80℃，晶化时间90min；第二段水热晶化温度120℃，晶化时间30min；(2)制备氧化纤维素悬液将棉绒纤维素加入到蒸馏水中超声分散5min后，加入催化氧化剂和溴化钠搅拌至溶解，然后逐滴加入0.1mol/L的次氯酸盐溶液，将悬液pH值调至10.0，并在4℃下以500r/min的速度搅拌2h发生氧化反应，再加入甲醇，并将悬液的pH值调至7.0形成悬液，将悬液分散获得含有5％氧化纤维素的悬液备用；其中，棉绒纤维素与蒸馏水的质量体积比为0.01g/mL，棉绒纤维素、催化氧化剂、溴化钠的质量比为125:2:40，蒸馏水、次氯酸盐溶液、甲醇的体积比为40：(8‑9)：1；(3)制备纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶将纳米沸石分子筛在水中分散均匀得到沸石悬浊液，将沸石悬浊液逐滴加入至5％氧化纤维素的悬液中，然后加入偶联剂进行4h的耦和反应，反应结束后，经离心分离、‑20℃真空冷冻干燥获得纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶；其中，纳米沸石分子筛与5％氧化纤维素的悬液的质量比为7:200，纳米沸石分子筛与水的质量体积比为0.07g/mL，水与偶联剂的体积比为25:1；(4)制备介孔C‑SiO2纳米球将模板剂三嵌段共聚物F127溶于水中形成浓度为0.064g/mL的F127溶液备用，将硅源溶于水中预水解2h形成浓度为0.0076g/mL的硅源溶液备用；将苯酚在50℃下完全熔融后移入圆底烧瓶，然后向圆底烧瓶中加入氢氧化钠溶液，在400r/min速度下搅拌10min混合均匀；再向圆底烧瓶中加入37％的甲醛溶液，并升温到70℃，保持该温度反应30min得到反应用的低分子量的酚醛树脂，其中，酚醛树脂的Mw＜500，然后降温至66℃，加入F127溶液，在66℃、400r/min条件下搅拌2h，加入硅源溶液在50℃、500r/min条件下继续搅拌12h，加入甲苯在60℃、600r/min条件下继续搅拌1h，静置直至圆底烧瓶中溶液的温度降至室温，然后将圆底烧瓶中的溶液转移至水热反应釜在110‑140℃温度下水热反应24h，反应完成后溶液经冷却、抽滤，洗涤、干燥获得合成产物，然后将得到的合成产物放入管式炉中，在氮气气氛下煅烧3h除去模板剂并碳化，得到有序的介孔C‑SiO2纳米球；其中，苯酚、三嵌段共聚物F127、硅源的质量比为30:48:19，F127溶液、硅源溶液、氢氧化钠溶液、37％的甲醛溶液、甲苯的体积比为150:500:150:21:10；(5)制备改性介孔C‑SiO2纳米球将50mL的乙醇与水按1:1的体积比配制成醇水溶液，用1mol/L的盐酸将醇水溶液的pH值调至5.0得到混合溶液备用；将5g的介孔C‑SiO2纳米球加至所述混合溶液中，然后将其转移至伴有超声波和搅拌的50℃水浴中处理20min，其中超声波的功率为10W，搅拌的转速为400r/min，然后逐滴加入0.05g的表面改性剂，继续在相同条件下搅拌2h，最后进行抽滤、洗涤、干燥、研磨后，得到改性介孔C‑SiO2纳米球；(6)制备聚氨酯泡沫将100份多羟基聚醚6305、2份匀泡剂、2.5份催化剂33LV、12份发泡剂F11、2份1,3‑丁二醇增韧剂混合均匀后，将体系温度调至18℃，加入105份的聚异氰酸酯44v20一起以800r/min的速度搅拌混合4h，得到聚氨酯泡沫；(7)制备有机‑无机复合保温泡沫材料将相应重量份的纳米沸石‑多孔纤维复合气凝胶和改性介孔C‑SiO2纳米球加入到聚氨酯泡沫中在1000r/min的速度下搅拌混合2h，当观察到有气泡冒出且泡体发白时，立即注入铝制模具中发泡，经胀定、脱模和后固化，得到有机‑无机复合保温泡沫材料，表观密度为0.42～0.45g/cm3；其中，制备方法的步骤为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)或(1)、(2)、(3)、(6)、(4)、(5)、(7)或(4)、(5)、(1)、(2)、(3)、(6)、(7)或(4)、(5)、(6)、(1)、(2)、(3)、(7)或(6)、(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(7)或(6)、(4)、(5)、(1)、(2)、(3)、(7)。