耐高温气凝胶绝热材料在建筑行业中的应用*

李万景 刘 溧 高相东

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1 江苏脒诺甫纳米材料有限公司 江苏 宜兴 214221)

(2 江苏拜富科技股份有限公司 江苏 宜兴 214221)

(3 中国科学院上海硅酸盐研究所 上海 200050)

在建筑行业兴起的同时,相关能源受到了严重的消耗,在城市化进程日益推进过程中,建筑行业对能源的需求也在不断上涨。与此同时,国家积极倡导应用新型的节能材料,加强对环境的管控力度。保温隔热材料属于建筑工程中不可或缺的材料种类,拥有数量大、应用范围广的特点。从早期建筑方面来讲,通常使用到的保温材料多属于无机材料,在实际应用期间由于热导率偏高,致使隔热能力效果差。相对而言,气凝胶的热导率极低,在实现保温保冷方面具有重要的应用价值,并且由于气凝胶材料的厚度较低,还可以展现出节省空间的优势。

1 气凝胶的有效制备

气凝胶也被形象地称为“固态烟”,其通常呈现为淡蓝色且符合半透明特征,被誉为世界上最轻的固体物质[1]。按照气凝胶的相关分类,可包含金属氧化类、硅类、金属类、硫类等,结合其制备过程,通常和干燥工艺产生密切联系。气凝胶的制备主要划分成两个阶段,其一属于溶胶固化阶段,其二则属于干燥过程。在有效借助前驱体实现化学催化原理后,确保在相互作用下生成湿凝胶状态。

在常压条件下进行干燥时,湿凝胶会得到及时处理,逐渐形成气凝胶状态。需要注意的是,制备气凝胶期间要体现出化学特性,经过特定的水解和缩聚反应。在这种状况下,对应的离子会因络合而积聚,促进凝胶生成,并且经过老化处理,保证其网状构造的合理性,进而呈现出相对稳定的状态。通常情况下,会选择乙醇作为老化首选液体,处理期间要确保温度适宜,为保证最终凝胶的质量奠定基础。干燥处理属于气凝胶制备期间必备的工序,通常借助前驱体的疏水特性,在升温条件下,保证其内部实现干燥过程。如果选择冷冻干燥处理,则通常借助介质间的相互作用,在将凝胶执行风干处理后,避免出现气液分离现象的发生。此外,若选择超临界干燥法,需要充分考虑介质处于超临界范围的特征,优先使其面值控制在“0”的状态,为保证凝胶品质奠定基础[2]。为了有效提升气凝胶的特性,结合建筑行业的具体需求,通常还要对气凝胶进行特殊处理,通常以复合改性为主。

2 耐高温气凝胶绝热材料在建筑行业中的应用

建筑行业属于高能耗行业,在建筑施工阶段要耗费多种资源。由于耐高温气凝胶性能良好,在热导率较低的情况下拥有较低的热导率,在建筑行业具有重要的应用价值。以建筑保温、防火为例,不仅能够满足建筑工程的实际需求,展现出安全、可靠的特征,还能够遵循生态环保建设的理念。

2.1 气凝胶混凝土在建筑行业中的使用

混凝土可以说是建筑行业中应用极其广泛的材料,它通常直接构成建筑的主体。其实,在整个建筑结构中,许多建筑的热量会被混凝土结构吸收,加上其拥有独特的隔热和保温功能,可充分展现出自身优势。在使用气凝胶的条件下,会使混凝土整体建筑结构的重量降低,有效提升抗压能力。现阶段已将二氧化硅视作良好的绝缘保温材料如果在配合气凝胶的使用,就可以形成导热性能良好的气凝胶混凝土材料。调查研究发现,如果合理应用气凝胶混凝土,可以实现提升建筑主体强度的目标,这种方法还能够有效控制混凝土的密度和导热率,通过优化性能提升应用范围。因此,气凝胶混凝土的应用在减轻负重的基础上,提升强度,显著改变建筑主体的质量。

2.2 耐高温气凝胶颗粒在建筑行业中的使用

以二氧化硅气凝胶为代表,其属于由分子构成的颗粒状固体,通常在建筑行业的保温材料中得到广泛应用。结合分子的具体特性,主要划分为疏水和亲水两种类型,在实际应用阶段,需要依据施工状况予以调整。制备气凝胶颗粒时,将甲酰胺视作催化剂,借助一次成形的方式予以制作,将水玻璃视作前驱体,按照规范化操作完成凝胶成形过程,最终得到气凝胶颗粒。二次成形阶段需要优先制备成块状的凝胶状态,在结合实际需求出发予以调整。建筑行业应用气凝胶颗粒期间,通常将其填充到墙体的保温材料夹层中,有时还会与其它材料一起使用。通常气凝胶颗粒的直径在0.5～5.0 mm,且密度小,实际使用期间,可以将这种气凝胶颗粒材料和传统无机材料共同使用,制备出满足需求的保温砂浆[3]。结合对气凝胶材料在建筑行业中的调查,发现其在建筑节能环保方面具有重要应用。以毡材、颗粒、粉体等材料为例,对比其它常见的保温材料,就能够观察到耐高温气凝胶材料的优势。气凝胶材料和常用保温材料性能对比见表1。

表1 气凝胶材料和常用保温材料性能对比

2.3 耐高温气凝胶绝热板在建筑行业中的使用

保温材料作为建筑行业的必备材料,按照当前使用的保温材料,通常以EPS及其它种类的毡类材料为主。这些材料的综合性能偏差,不具备良好的隔热性能,且使用周期较短[4]。在利用气凝胶绝热板以后,能够有效改善传统材料弊端,在展现出降低建筑热能损耗的情况下,还可以提升其防火性能。

2.4 气凝胶玻璃在建筑行业中的使用

从玻璃在建筑行业的应用情况来看,其主要发挥出通风换气和采光等特性,不过结合实际调查,发现通过玻璃损失的能耗是较大的。针对室内保温期间,许多热量都会通过玻璃来消耗,现阶段采用的玻璃材料多属于硅酸盐材料,其虽然具备良好的透光性,但是散失热量是相对较快的[5]。在正确使用气凝胶玻璃的条件下可以呈现出保温隔热的优良性能,并且满足日常采光需求。同时,气凝胶玻璃的应用还能够阻挡阳光的直射,发挥出防辐射的运用。

3 结语

综上所述,在对高温气凝胶绝热材料在建筑行业中的使用情况进行分析时,从气凝胶的制备过程出发,在实际应用阶段,以气凝胶混凝土、气凝胶颗粒、气凝胶绝热板、气凝胶玻璃为代表,充分体现出气凝胶的优良隔离特性。在关注高温气凝胶绝热材料在建筑行业中的应用情况下,发挥出保温、防辐射、防火、降低重量、提升强度等优势特点。