氣凝膠的未來發展方向

發布人:fengtai 時間:2020-05-08 09:33:44

氣凝膠是一種內部網絡結構充滿氣體,外表呈現固體狀密度極低的多孔材料。它的網絡結構一般是由相互交聯的納米顆粒所組成,其中顆粒內部的孔隙主要是微孔,顆粒與顆粒之間則大多是2 nm 上的中孔或大孔。因其密度極低(3kg/m3),曾獲得吉尼斯紀錄“世界上最輕的固體”稱號。氣凝膠作為一種納米多孔結構材料的固體新材料,具有超輕、隔熱、透明、保溫、防火等優異特性。
從成分構成分類是氣凝膠最普遍的區分方式,分為單一組分和復合組分兩大類。單一組分氣凝膠包括氧化物氣凝膠(二氧化硅和非二氧化硅),有機氣凝膠(樹脂基和纖維基),碳氣凝膠(碳化塑料、碳納米管和石墨烯),硫化物氣凝膠和其他種類的氣凝膠(單一元素、碳化物);復合組分氣凝膠包括多組分氣凝膠、梯度氣凝膠以及微/納氣凝膠復合物。其中硅氣凝膠、碳氣凝膠和二氧化硅氣凝膠最常見。
二氧化硅氣凝膠獨特的微觀納米結構使其具有低密度、高比表面積和高孔隙率的特點。這些特點使其在熱學、光學、電學、聲學等方面均有獨特的優良性質,可作為高效隔熱保溫材料、聲阻抗耦合材料、低介電絕緣材料、催化劑及催化劑載體等,其中高效隔熱保溫材料的應用較為廣泛。二氧化硅氣凝膠在保溫隔熱領域的主要應用產品形式有4種:氣凝膠粉體/顆粒;氣凝膠氈;氣凝膠板;氣凝膠玻璃,其中涂料行業主要在氣凝膠粉體的基礎上制備氣凝膠涂料。
發展方向
目前氣凝膠涂料產品主要應用領域是建筑保溫隔熱,因為這個領域是相對來說最容易推廣,技術難度也最低的領域,而金屬設備的保溫則相對困難很多,主要原因在于目前氣凝膠保溫涂料的附著力不高,耐熱等還需要繼續優化。
保溫原理
熱量的傳導總是由高溫區向低溫方向傳遞,熱量的傳導有固體熱傳導、空氣對流熱傳導、輻射熱傳導3種方式。氣凝膠保溫涂料的特點是:能夠將上述3種熱傳導途徑進行有效阻隔或屏蔽。在涂料組分中,起關鍵隔熱作用的是納米SiO2氣凝膠,其次是六鈦酸鉀晶須和空心玻璃微珠。納米SiO2氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優秀的輕質納米多孔非晶固體材料,其孔隙率高達80%~99%,孔洞的典型尺寸為2~50nm,平均孔徑為20nm,比表面積為600~1000m2/g,表觀密度為0.003~0.35g/cm3,室溫導熱系數可低達0.013W/(m k),即使在800℃高溫下,其導熱系數才為0.043W/(m k),且高溫下不分解,無有害氣體放出,是純綠色環保材料,其缺點是強度低、脆性大,單獨使用困難。將納米SiO2氣凝膠與硅酸鋁纖維和空心玻璃微珠混配,在彈性成膜物的交聯作用下,可大大改善涂層的物理機械性能。
組成和性能
氣凝膠保溫涂料以自交聯丙烯酸乳液為成膜物、以SiO2氣凝膠、空心玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須等為填料,在多種助劑的配合下制備而成。涂料具有薄層噴涂施工、納米孔絕熱、安全防火、環保節能、性價比優,無脫落風險等優點。測試結果證明,1mm厚的氣凝膠保溫涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保溫隔熱性能好。
除了二氧化硅氣凝膠之外,也看好其他類型的氣凝膠粉體如陶瓷類氣凝膠,石墨烯氣凝膠等逐步應用到氣凝膠涂料中來改善目前二氧化硅氣凝膠耐熱,強度的不足,未來產品的研發方向還是應該像具有綜合性能的產品去發展,比如建筑類氣凝膠保溫涂料要綜合具有保溫、防水、耐老化的能力,可以無面漆的情況下直接應用于外墻外保溫系統;比如應用于設備保溫領域的產品需要兼具保溫、防腐以及防火的綜合功能,這樣的產品也更具有技術含量。

 

氨基樹脂
主要產品有:行業通用領域,三聚氰胺海綿、車用吸音棉、汽車消音棉、空間吸聲體;工業領域,阻燃吸音棉、耐高溫海綿、防火軟包、阻燃軟包;清潔領域,清潔海綿、神奇海綿、納米海綿、魔術海綿、氣凝膠,納米氣凝膠、柔性氣凝膠、氣凝膠復合材料、二氧化硅氣凝膠等。
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