SiO2气凝胶前驱制备及其在保温领域的改性研究

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能源消耗问题一直是当前影响人类发展的重大问题,从比例而言建筑耗能在整个能源消耗中约占三到四成,所以建筑节能的意义就显得尤为重要。在建筑节能当中,围护结构的节能贡献能达到40%~65%,可见,做为围护结构的墙体保温材料保温性能的好坏是影响房屋建筑节能的重要因素之一,合理地选用高效、节能的墙体保温材料是实现建筑保温节能的重要途径。目前,常见的有机保温材料有挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS板)、可发性聚苯乙烯泡沫板(EPS板)、酚醛泡沫板(PF板)、聚氨酯板(PU板)等。常见的无机保温材料有岩棉板、玻璃棉板、泡沫混凝土保温板等。当前建筑外墙外保温材料仍以有机保温材料为主,虽然有机保温材料相较于无机保温材料而言,具有质量轻、导热系数小、吸水率低等优点,但是其防火性能较差,存在很大的安全隐患。而无机保温材料虽然具有很好的防火性,但是其导热系数偏大。因此,研究并推广隔热性能良好的新型保温材料成为当务之急,而导热系数低、阻燃性能优异的保温材料将成为未来建筑保温材料的首选。二氧化硅(SiO2)气凝胶是一种结构可控的纳米多孔轻质材料,它具有纳米结构、比表面积大、孔洞率高等特点。SiO2气凝胶独特的结构特性使得气凝胶在热学、电学、声学、光学等方面具有奇异的性能。鉴于此,本文针对SiO2气凝胶的前驱制备以及对传统保温材料的改性方面进行了深入的研究。其主要内容如下:1.研究了SiO2气凝胶的前驱制备。在实验研究中,对比分析了超临界干燥法和常温常压干燥法制备SiO2气凝胶的不同。利用超临界干燥法制备出来的SiO2气凝胶和常温常压干燥法制备出来的SiO2气凝胶在性能上基本一致,但是采用超临界干燥法进行SiO2气凝胶的制备需要在几十个甚至上百个大气压环境下进行,而且设备昂贵、操作工艺复杂、生产周期较长。而利用常温常压法进行SiO2气凝胶的制备,从制备方法上而言,生产周期较短、生产工艺较简单、而产品性能和超临界干燥法制备出来的SiO2气凝胶制品基本一致,因此本文选用常温常压干燥法制备出了SiO2气凝胶成品,重点考虑了SiO2气凝胶成品的性能,通过对其粒径、堆积密度、比表面积、孔体积、孔径和导热系数的测量,得到了性能理想的SiO2气凝胶粉末制品。2.研究了SiO2气凝胶做为改性剂对传统有机保温材料酚醛板进行改性后,酚醛板性能的变化。首先对酚醛保温板传统制备方法做了最佳工艺配方的探寻,在选取好最佳配方后,对酚醛板进行制备,得到性能优良的酚醛保温板,在制备过程中将SiO2气凝胶做为改性剂再次制备新型的酚醛保温板,并测试新型酚醛保温板的表观密度和压缩强度性能,并利用扫描电镜(SEM),热失重分析(TGA),红外光谱(FTIR)等测试仪器的表征研究新型酚醛保温板的微观结构和反应机理。3.研究了SiO2气凝胶做为改性剂对无机保温材料玻璃棉和岩棉进行改性后,对玻璃棉和岩棉性能的影响。玻璃棉和岩棉虽然耐火性较好,但是它们的导热系数都偏大,吸水率偏高,因此解决无机保温材料玻璃棉和岩棉的导热系数偏大、吸水率偏高的问题是本文研究的重点。通过将SiO2气凝胶粉末按不同的质量百分比(5%,10%,15%)和KH550以及酒精进行混合调配出改性剂,通过浸润、干燥等程序对成品玻璃棉、岩棉进行改性,并对改性后的玻璃棉和岩棉进行了导热系数、耐火性、疏水性等性能的测试。通过上述研究,在SiO2气凝胶前驱制备和利用SiO2气凝胶对传统有机保温材料、无机保温材料改性方面有了一个较全面的认识。这些研究成果对传统保温材料改性和新型保温材料在新型建材领域的应用,提供了重要的参考。
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