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纳米气凝胶毡在国内外研究情况进展如何?

发表时间:2016年9月9日 来源:ldvaugusta.com 浏览量:2543

纳米气凝胶材料早在70年前就已经被发现,1931年美国加州太平洋大学的KistlerS采用超临界干燥的方法将水凝胶中的水分去除,得到了没有收缩的纳米气凝胶毡,但早期的气凝胶非常易碎,并且很昂贵,所以主要在实验室里使用。直到10年前美国宇航局开始对这种物质感兴趣,并让其发挥了更为实际的用途,这种材料终于走出了实验室。

近年来,国外绝热保温材料发展明显加快,由于整体纳米技术的发展,又激发起了人们对纳米隔热材料的重视,美国和欧洲各国的研究异常活跃,日本及韩国也进行了较多的开发。美国阿斯彭公司(ASPEN)对纳米气凝胶毡的研究较早,对纳米气凝胶隔热机理认识比较深刻,主要针对柔性纳米气凝胶毡的开发和应用。但是,美国纳米气凝胶毡对中国却是完全禁用的。

国内的同济大学、厦门大学、北京科技大学对纳米气凝胶毡也有研究,但都仅限于基础研究领域。浙江的绍兴市纳诺高科有限公司率先将纳米气凝胶毡产业化,但该公司在生产过程中要用到价格昂贵的有机硅作为原料,同时还要应用投资较大的超临界技术,因此生成的纳米气凝胶毡价格非常昂贵(高达2000~3000元/kg),限制了其使用范围。

目前,如何优化和改善纳米气凝胶毡的生产工艺,降低生产成本,是纳米气凝胶毡大面积成功应用于建筑材料的关键。基于上述研究目标,一直致力于高效节能、防火安全的建筑保温体系开发的北京建筑材料科学研究总院有限公司,近几年通过与国际知名的气凝胶保温毡生产商技术合作,利用水玻璃作为原料,摒弃超临界干燥等复杂工艺而选用常温常压干燥的技术制备纳米气凝胶毡,很大地降低了纳米气凝胶毡的制造成本(30~50元/kg),使得纳米气凝胶毡在建筑材料领域的大面积应用成为了可能。纳米气凝胶毡经过玻璃纤维等耐热纤维骨架复合后,将成为较好的固体保温隔热材料。

以下将超临界干燥技术与常温常压干燥技术2种技术进行比较。超临界(SuperCritical)干燥技术工艺的不足与缺点主要表现为,现有的生产技术是使用离子交换树脂,采用SuperCritical生产技术设备,具有高温、高压的危险隐患,生产设备费用高,初期投资(设备,原料)费用高,不能连续生产,生产时间周期长,超临界干燥工艺见图2所示。

常温常压干燥技术工艺则不使用任何离子交换树脂,脱水/防水化的工艺变成一个阶段(即干燥过程中脱水与疏水同时进行),提高了效率,工程进度时间也缩短不少,常温常压下生产所需时间是4~5h(原工艺需要100h以上),具备持续性大量生产的能力;减少利用防水化材料,程序费用减少了;以水玻璃为原料,成本较低,成品具有价格竞争优势,仅为原来的1/10~1/8。常温常压干燥技术工艺见图3。

2种工艺过程迥异,但制备的纳米气凝胶毡性能却基本一致,2种工艺制备的纳米气凝胶毡技术指标比较见表2所示。由此可以看出,常温干燥工艺技术具有很好的创新性,生产出的产品性能能够满足需要,且具有较高的性价比。