SiO_2气凝胶保温隔热材料在建筑节能技术中的应用

Si O_2气凝胶是一种三维空间网络结构固体材料,具有低密度、低热导率、高光透过率、高孔隙率以及高比表面积等特性,同时还兼有防火、防水等优良性能,是一种不可多得的轻质、环保、多功能材料,在建筑保温隔热领域有着广阔的应用前景。以建筑节能为目标,简要叙述了对Si O_2气凝胶的研究,从制备原材料种类的多样化,以及原材料和干燥成本降低等方面论述了其大规模生产应用的可能性,重点阐述了Si O_2气凝胶玻璃、Si O_2气凝胶隔热涂料、Si O_2气凝胶纤维复合材料以及Si O_2气凝胶混凝土和砂浆等在建筑保温隔热方面的应用研究进展;然后,从其所具备的优良特性出发,提出了一种由Si O_2气凝胶材料在建筑节能技术中的应用设想,主要从Si O_2气凝胶材料在保温隔热、防水、防火以及简化施工工艺等方面的优势,构建了全部由Si O_2气凝胶材料替代当前保温隔热材料在建筑节能中的应用体系,最后对Si O_2气凝胶材料在建筑保温隔热中的应用前景做了展望。

SiO_2气凝胶材料的制备、性能及其低温保温隔热应用

由于SiO2气凝胶独特的纳米多孔结构,使其具有诸多其他材料所不能比拟的优异性能,比如极高的孔隙率和比表面积、极低的热导率及密度等特性。这些优异的性能使得SiO2气凝胶在高效保温隔热、隔声等领域具有极大的应用潜力。本文阐述了SiO2气凝胶的溶胶-凝胶制备过程及其机理,分别对SiO2气凝胶的热学、力学、光学和疏水性能的研究进展进行了概述,同时分析了气凝胶的微观结构与上述性能之间的关系,并介绍了SiO2气凝胶在低温保温隔热领域的应用现状和前景。

纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。

疏水型SiO_2气凝胶的常压制备及吸附性能研究

以多聚硅E-40为硅源,采用溶胶-凝胶法,通过表面修饰等工艺,在常压条件下制备了高气孔率的疏水性SiO2气凝胶.用扫描电镜、红外光谱1、3C,29Si核磁共振谱以及孔径分布仪,表征测试其结构和吸附特性.研究结果显示,SiO2气凝胶具有纳米多孔结构,且有较好的疏水特性,吸附性能较活性炭纤维和活性炭颗粒更为优越,再吸附容量基本不变,是一种极好的高吸附材料,具有广阔的应用前景.

原位法常压干燥制备疏水SiO_2气凝胶及其热稳定性

在正硅酸乙酯(TEOS)酸碱两步催化的溶胶-凝胶过程中,加入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和三甲基氯硅烷(TMCS)的混合溶液,进行原位疏水改性处理,并结合常压干燥工艺制备了高比表面积的疏水SiO2气凝胶.利用N2物理吸附,全自动X射线衍射仪(XRD),傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)等对样品的形貌结构进行了表征.实验结果表明,原位疏水改性比非原位疏水改性制备的SiO2气凝胶具有更大的比表面积,可达979m2·g-1,气凝胶表面存在憎水性基团—CH3,有良好的疏水性.500℃热处理后,气凝胶因失去大量的—CH3基团,由憎水性转为亲水性;800℃高温热处理后,疏水SiO2气凝胶仍处于非晶态,具有良好的热稳定性能.

纳米SiO_2气凝胶的制备及保温隔热性应用研究进展

从SiO_2气凝胶的隔热机理出发,归纳了降低其导热系数的有效途径,概述了在溶胶-凝胶过程中硅源的甄选原则及开发趋势,总结了当前常用湿凝胶干燥工艺的优缺点并提出改进方法,着重介绍了当前保温隔热领域SiO_2气凝胶复合材料的种类及应用现状,最后对SiO_2气凝胶材料的发展前景进行了展望。

不同体积掺量的SiO2气凝胶对砂浆性能的影响

以低导热系数的SiO_2气凝胶颗粒为保温骨料,采用等体积替换法替换砂浆中的沙制备SiO_2气凝胶砂浆,主要研究当SiO_2气凝胶颗粒的替换比例分别在10%,20%,30%,40%,50%和60%时,对砂浆的密度、力学性能、吸水率以及导热系数等性能的影响,并在此基础上,通过添加纤维、引气剂和胶粉来对砂浆做改性,重点研究了各掺量对砂浆导热系数的影响,结果表明,当其掺量分别为0.2%,0.05%和1%时,导热系数达到最低为λ=0.0859 W/(m·K)。

掺杂SiO_2气凝胶结构及其热学特性研究

以正硅酸四乙酯为硅源，钛白粉为红外遮光剂，通过溶胶－凝胶及超临界干燥过程制备了钛白粉掺杂ＳｉＯ２ 气凝胶。用透射电镜、扫描电镜以及孔径分布仪对其结构进行了表征，并用动态热线法对其热学特性进行了测试。结果表明： 钛白粉能较均匀的分散在ＳｉＯ２ 气凝胶中；掺杂ＳｉＯ２ 气凝胶的孔洞大小分布在５～７０ｎｍ ，峰值在２０ｎｍ 附近，组成ＳｉＯ２ 网络的胶体颗粒为５～１０ｎｍ ；随着钛白粉掺杂量的增加，掺杂ＳｉＯ２ 气凝胶的孔径分布峰高变矮，同时出现孔径为几纳米的微孔；热学测试结果显示钛白粉掺杂量为２０ｗ ｔ％ 的ＳｉＯ２ 气凝胶在常压、８３１Ｋ 时的热导率为０．０３５ｗ ｍ － １Ｋ－ １。

SiO_2气凝胶对复合隔热涂料性能的影响

以SiO2气凝胶为功能填料,丙烯酸树脂为成膜剂,制备透明隔热涂料。将其涂覆于5mm厚的普通玻璃上制成涂层,并对涂层进行一系列性能测试,包括接触角、红外光谱、光学性能及隔热效果等。结合实验数据分析纳米SiO2含量对复合涂料性能的影响,得出最佳的涂料配方。结果表明,该透明隔热涂料具有良好的化学稳定性和隔热性能,在500W红外灯照射10min时,样品与空白玻璃温差为11℃。

超低密度SiO2气凝胶快速制备的新方法

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用酸碱二步催化溶胶-凝胶法,结合超临界干燥技术制备了超低密度SiO2气凝胶。通过采用CH3CN为稀释剂,有效地降低了胶凝温度(室温),缩短了胶凝时间,从而达到了快速制备SiO2气凝胶的目的。利用SEM、BET等方法对干燥不同程度的低密度SiO2气凝胶微结构进行了研究。

SiO_2气凝胶小球热处理过程中的相变研究

以无机硅溶胶为先驱物，通过溶胶壤胶过程和常压干燥工艺制备出SiO2气凝胶。将SiO2气凝胶在不同温度条件下进行热处理，采用DSC、XRD、TEM、BET和IR等手段表征了SiO2气凝胶由无定形态向多晶态转化过程中，其多孔结构特征的变化。研究结果表明，在600℃以下进行热处理，样品表现出良好的热稳定性；当热处理温度在600～1060℃，随着温度的升高，多孔结构特征因无定形SiO2微粒团聚而逐渐消失；当热处理温度高于1060℃，无定形SiO2发生相变形成多晶态，导致SiO2气凝胶多孔结构特征完全消失。

SiO_2气凝胶透明隔热涂料的研制

用稳定剂爱利索TM RM-825对SiO2气凝胶进行改性并制备成浆料,以水性丙烯酸树脂为成膜物,在助剂的配合下制得水性纳米透明隔热涂料。实验结果表明,用稳定剂对SiO2气凝胶进行改性,能够实现纳米颗粒的均匀分散。玻璃涂覆膜厚为20～25μm时,涂膜有良好的机械性能,可见光透过率大于89%,透明性好,同时有较好的隔热效果。

SiO_2气凝胶常压制备、表面结构与吸附性质

采用溶胶-凝胶技术,以多聚硅(E-40)为源,通过表面修饰工艺,在常压条件下制备了SiO2气凝胶。采用扫描电镜1、3C和29Si核磁共振谱以及孔径分布仪对SiO2气凝胶的微结构进行了表征,并用微量电子真空吸附天平对SiO2气凝胶的吸附特性进行了研究。结果表明:SiO2气凝胶具有纳米多孔结构、较好的疏水和亲水可调性,是一种极好的高吸附材料。

介孔SiO_2气凝胶的常压干燥制备研究

以廉价的水玻璃为硅源,用乙醇(EtOH)/三甲基氯硅烷(TMCS)/庚烷(Heptane)溶液对湿凝胶进行改性,采用一种新的常压干燥工艺合成了SiO2气凝胶。通过TMCS与乙醇、湿凝胶孔隙水及Si-OH基团之间的反应,使湿凝胶的溶剂交换和表面改性得以在一步完成。所合成的SiO2气凝胶为轻质透明的块状固体,密度为0.128￣0.136g·cm-3,孔隙率93.8%￣94.2%。利用FTIR、SEM、TEM和BET吸附对气凝胶的微观结构、形貌和性质进行了研究。结果表明,气凝胶为海绵状结构,粒子直径和孔径分布均匀,比表面积559￣618m2·g-1,表面带有较多的Si-CH3基团,呈现出明显的疏水性。

常压干燥制备疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶及表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTES）为复合硅源,玻璃纤维为增强体,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶。利用N2吸附脱附、扫描电镜、高分辨透射电镜、红外光谱、接触角、热重-差热分析及力学测试等手段表征复合气凝胶,并分析预处理玻璃纤维时的盐酸浓度及浸泡时间对复合气凝胶密度的影响。结果表明：当玻璃纤维的预处理条件为2.5mol/L盐酸浸泡0.5h时,制备得到的SiO2-玻璃纤维复合气凝胶表观密度最低,为0.12g/cm3,孔径主要分布在2~50nm,疏水角为142°,热稳定性温度高达500℃,抗压强度为0.05MPa,弹性模量为0.5MPa。

块状低密度C/SiO_2复合气凝胶的制备

采用溶胶凝胶法结合CO_2超临界干燥工艺制备间苯二酚甲醛/SiO_2(RF/SiO_2)复合气凝胶,RF/SiO_2气凝胶高温炭化得到块状低密度C/SiO_2复合气凝胶研究反应物质量分数对溶胶凝胶过程和热处理过程的影响,考察不同热处理温度对C/SiO_2复合气凝胶孔结构的影响。结果表明:反应物质量分数为13%时,RF/SiO_2气凝胶受热处理工艺的影响较小,炭化温度升高至1200℃对C/SiO_2气凝胶网络结构有明显的改善作用。

SiO_2气凝胶的改性研究及在航空航天领域的应用

详细综述了目前SiO2气凝胶的改性原理和方法,改性后的SiO2气凝胶表现出许多突出的新性能以及在航空航天领域的广阔应用前景。

常压制备低密度SiO_2气凝胶的正交分析及表征

选择5因素4水平的L16(45)正交试验,以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)为原料,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法和常压干燥制备了SiO2气凝胶,分析了正交实验因素对结果的影响,并对气凝胶的形貌、表面基团、疏水性、孔结构进行了表征。实验结果表明:表面改性对制备低密度SiO2气凝胶影响最大,正交试验制备得到最优的SiO2气凝胶胶块密度为0.112 g/cm3,疏水接触角为153.2°,比表面积为973.4 m2/g,孔体积为2.96 cm3/g,具有纳米介孔结构。

SiO_2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。

疏水SiO_2气凝胶的常压制备及应用进展

阐述了常压制备疏水SiO2气凝胶的关键技术,综述了表面后处理法、原位法等常压制备疏水SiO2气凝胶的工艺措施,介绍了疏水SiO2气凝胶在电磁学、光学、原子核物理等领域的应用现状,指出疏水处理可明显提高SiO2气凝胶的性能(低介电常数、高激光损伤阈值和耐环境能力等),从而拓宽了SiO2气凝胶的应用范围,最后展望了疏水SiO2气凝胶的发展和应用前景。