TWI741746B

TWI741746B - 二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法

Info

Publication number: TWI741746B
Application number: TW109128353A
Authority: TW
Inventors: 謝達華; 陳怡雯
Original assignee: 趙國昇
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2021-10-01
Also published as: TW202208718A

Abstract

一種二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，主要即先製備出一種性能優良的"改質濕矽氣凝膠"，再應用該"改質濕矽氣凝膠"進一步製造出一種高強度、柔曲性佳、耐高溫、絕熱性能佳，且不掉粉的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"；本發明所製造出的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"因為低熱傳導率，用來作為隔熱材料能獲致絕佳效果，尤其用來披覆於熱流體管路外壁上做為絕熱層時，可以隔絕流體管路的熱量散失，達致大幅節省能源之功效；同時可以降低所披覆管線壁面之腐蝕，達致節省檢視維修花費之功效。

Description

二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法

本發明係關於一種二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，尤指一種將二氧化矽氣凝膠與纖維毯複合製造之方法。

按，氣凝膠（aerogels）是指以奈米量級超微顆粒相互聚集構成奈米多孔網狀結構，並在網狀孔隙中充滿氣態分散介質的輕質奈米固態材料。不同氣凝膠的製備方法也不相同，但是其製備歷程大同小異，一般是採用溶膠-凝膠法製備出濕凝膠（wet gel），然後再將濕凝膠經過溶劑置換和超臨界乾燥得到相應的氣凝膠。氣凝膠的特性在於：(a)孔隙率很高；可高達99.8%； (b)奈米級別孔洞(2 ~ 50 nm)和三維奈米骨架顆粒(2 ~ 5 nm)；(c) 高比表面積，可高達1000 m ²/g；(d) 低密度，可低至0.003 g/cm ³；（e）熱導率極低，常溫下可以低至0.013 W/(mK)，比空氣的導熱係數還低；（f）由於其比表面積和孔隙率很高，密度很低，導致其強度低，脆性大。氣凝膠在現代高科技工業範圍內是一種超級絕熱材料，在很多產業上都被運用到。美國史丹福大學的S.S. Kistler首先利用水玻璃通過溶膠-凝膠方法及超臨界乾燥技術製得二氧化矽氣凝膠 (SiO ₂aerogels），亦可稱為"矽氣凝膠"。

二氧化矽氣凝膠之製備在各國已有多件專利存在於先前，其中皆必須經過｢置換｣及｢改質｣二道作業，且不論｢置換｣或｢改質｣或｢置換+改質｣，都是採行"容器浸置"方法進行，亦即準備一適當容積之反應容器，可為密閉式或不完全密閉式，端視有機溶劑性質而定，然後將濕凝膠置放於該反應容器內，再注入選定之適當溶劑或改質劑，以進行預期之｢置換｣及｢改質｣作業，其中｢置換｣作業尤為重要，因為採行"容器浸置"方法進行｢置換｣作業時，反應時間較長，且會使用到大量的溶劑，故針對｢置換｣作業，本發明人已研發一種可以減縮濕凝膠溶劑置換作業時間，且得以大幅提升置換效果之二氧化矽氣凝膠之製備方法，並已提出台灣第109106708號「二氧化矽氣凝膠之製備方法」發明專利申請案及中國第202010142667.0「二氧化矽氣凝膠之製備方法」發明專利申請案。

本發明人完成上述「二氧化矽氣凝膠之製備方法」專利之研發後，遂進一步針對二氧化矽氣凝膠之後端應用進行研究改良，在眾多應用產品中，發明人注意到"氣凝膠複合纖維毯"產品之製造值得研究創新。"氣凝膠複合纖維毯" 係一種將"氣凝膠"與"複合纖維毯"加以結合而成之產品，主要具有耐高溫、絕熱性能佳之特點，進而可以降低絕熱層覆蓋下方腐蝕之可能性，因此適用於做為絕熱耐火及防腐蝕之材料，經常被使用於流體管線外部覆蓋做為絕熱層，以大幅降低管線內部熱量之流失(節省能源花費)，同時也可大幅阻絕管線外部之腐蝕(節省檢視維修花費)。

關於"氣凝膠複合纖維毯"之製造方面已有多件專利存在於先前，舉例有： 1.TW I535658｢非織物/氣凝膠複合防火/隔熱材及其製備方法｣台灣發明專利，係先經過一水解步驟及一縮合步驟製備出一氣凝膠，然後在成型步驟時取前述氣凝膠加入一非織物中，使前述氣凝膠充分穿插在該非織物中，並經一乾燥程序，以形成一非織物/氣凝膠複防火/隔熱材，其中，將氣凝膠充分穿插在該非織物中係透過含浸加工方式或連續滾壓方式實現；該乾燥程序之條件為常溫常壓下進行無水氣凝膠乾燥，或利用攝氏30 度至 80 度間進行有機溶液快速汽化乾燥程序。總結而言，TW I535658案係採將製得之氣凝膠穿插在非織物中加以乾燥之直接製備法。 2.TW I643888｢氣凝膠／複合非織物防火隔熱材之製備方法｣台灣發明專利，係先經過一混合步驟、一水解步驟及一縮合步驟，以形成一未凝膠化之矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠溶液之縮合溶液，然後在成型步驟時採含浸、噴塗、淋噴、或溶液連續壓吸該未凝膠化的矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠溶液之縮合溶液至一回收複合非織物毯或一般非織物毯，使該矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠凝膠化並穿插在該非織物毯中，並經一乾燥程序，以形成一氣凝膠/複合非織物防火隔熱材，其中，該乾燥程序之條件為常溫常壓下進行氣凝膠乾燥，或利用攝氏 30 度至 80 度間進行有機溶液快速汽化乾燥程序，該非織物係利用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙丙烯 (PPE)、聚酯(Polyester)、聚醯胺(Polyamine)、玻璃纖維(glass fiber)、岩棉其中之一或其組合所製成。總結而言，TW I643888案係採將未凝膠化的矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠溶液之縮合溶液穿插在回收複合非織物毯或一般非織物毯中加以乾燥之直接製備法。 3.TW I663062｢氣凝膠複合體及其製備方法｣台灣發明專利，其係濕潤包括無機纖維及有機纖維中之至少一者的一纖維材料；以一卷形式捲取該經濕潤之纖維材料與一隔片或以一平面形式積層該經濕潤之纖維材料與該隔片；將該纖維材料饋進一容器內；藉將一前驅物注入該容器內及膠凝該前驅物同時於真空下去除殘餘氣泡而製備一凝膠-纖維複合物；自該容器取出該凝膠-纖維複合物及去除該隔片；溶劑取代及有機表面改性該凝膠-纖維複合物；及大氣壓乾燥及超臨界乾燥該經有機表面改性的凝膠-纖維複合物。總結而言，TW I663062案係將凝膠藉一前驅物注入纖維材料內，再行溶劑取代及有機表面改性，及大氣壓乾燥及超臨界乾燥之直接製備法。 4.KR 101786283 B1｢氣凝膠毯和生產方法｣韓國發明專利，係將二氧化矽氣凝膠、聚合物膠乳乳液、黏結劑、漿料、纖維、橡皮布之材料採漿料浸泡法，使矽酸、聚合物膠乳乳液、黏結劑及漿料混合為矽酸凝膠，並使纖維充分含浸後黏結於橡皮布上成為膠毯。 5.CN 104496403 B｢一種增強型氣凝膠複合材料｣中國發明專利，係在二氧化矽氣凝膠塊體的表面或塊體界面之間，通過纖維網格布增強的水性膠黏劑包覆或黏結成一體，總結而言，CN 104496403 B係採黏結法，使二氧化矽氣凝膠塊體與纖維網格布黏結成一體。 6.US 6770584 B2｢混合氣凝膠硬質陶瓷纖維絕緣材料及其製造方法(Hybrid aerogel rigid ceramic fiber insulation and method of producing same)｣美國發明專利，主要係訴求一種絕緣材料，包括：由燒結陶瓷纖維形成的多孔基材，其中所述陶瓷纖維包含60 ~ 80 wt. ％的二氧化矽纖維、20 ~ 40 wt. ％的氧化鋁纖維及 0.1 ~ 1.0 wt. ％的含硼成分；以及一納米多孔材料，浸漬在所述多孔基材中。US6770584B2同時訴求一種生產絕緣材料的方法，包括：形成混合陶瓷纖維的水性漿料，其中所述纖維包含60 ~ 80 wt. ％的二氧化矽纖維、20 ~ 40 wt. ％的氧化鋁纖維及 0.1 ~ 1.0 wt. ％的含硼成分；從漿液中除去至少一部分水；將陶瓷纖維壓成濕的坯料；從濕的坯料上去除殘留的水；將陶瓷纖維彼此熔合以形成多孔基材。並且用氣凝膠材料浸漬多孔質基材。總結而言，US 6770584 B2係採將氣凝膠材料浸漬多孔質基材之直接製備法。

上述 TW I535658、TW I643888、TW I663062、KR 101786283 B1、CN 104496403 B、US 6770584 B2專利雖皆係關於氣凝膠複合纖維毯或隔熱材的製造，然有的是採直接製備法，有的則是採不同材料的漿料浸泡法，以及有的是採黏結法，結果都存在著氣凝膠容易自纖維毯上掉落之缺失，一般俗稱為"掉粉"。當氣凝膠複合纖維毯上容易掉粉時，就等於其耐高溫之效果及絕熱性能顯屬不佳，很明顯就導致其使用期限大幅縮減，此為最大缺失。再者，上述諸案對於訴求專利之氣凝膠複合纖維毯或隔熱材，在強度或柔軟性的改善方面，於專利說明書中並未述及有明確驗證，致其實用進步性難以理解。

針對上述先前技術之若干缺失，本發明人萌生改良之發想，並即深入構思研發創作，經長時間努力，終有本發明產生。

緣是，本發明之主要目的即在提供一種可以製造出高強度、柔曲性佳、耐高溫、絕熱性能佳之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法。

本發明之另一主要目的則在提供一種特別適用於流體管線外部覆蓋做為絕熱層，以降低管線內熱量流失及降低管線壁面腐蝕之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法。

為達成上述目的，本發明特別設計一種二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，係經過如下步驟： (1). 將模數為2.53 ~ 3.33的矽酸鈉及去離子水配置成固含量6 ~ 12.5 wt. %的矽酸鈉溶液並攪拌均勻； (2). 將上述矽酸鈉溶液加入H+離子交換樹脂進行水解反應，得到酸鹼值pH: 2 ~ 3的矽酸溶液，然後將H+離子交換樹脂過濾去除(所過濾去除的H+離子交換樹脂可再生使用)； (3). 將鹼性催化劑添加入上述矽酸鈉溶液內進行縮合反應，以得到濕凝膠； (4). 將上述濕凝膠置於攪拌機中，加入異丙醇溶劑，然後在溫度25 ~ 80℃下，以50 rpm攪拌老化1 ~ 12小時； (5). 將經老化後之濕凝膠加入異丙醇與正己烷之混合溶液，然後在溫度25 ~ 80℃下，以500 rpm攪拌進行溶劑連續循環過濾置換1 ~ 12小時，置換後再以抽氣過濾去除異丙醇與正己烷之混合溶液； (6). 加入改質劑六甲基二矽氮烷與正己烷溶劑之混合溶液，矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：0.35 ~ 1.67，在溫度25 - 80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質1 - 12小時，反應結束後以正己烷溶劑清洗過濾去除未反應的矽氧烷改質劑，當完成改質後將濕凝膠與溶液分離，此時的濕凝膠為經過疏水化改質的改質濕矽氣凝膠； (7).將 1 ~ 5 wt.% 黏結劑、1 ~ 5 wt.% 改質濕矽氣凝膠及0.05 ~ 0.5 wt.%增稠劑添加於50 ~ 120 mL的純水裡，在30 ~ 70℃下以200 ~ 800 rpm 攪拌10 ~ 60分鐘，配置成為一黏著劑漿料；該黏結劑係由一有機黏結劑及一無機黏結劑所混合組成，該有機黏結劑可係聚乙烯醇及丙烯酸乳液其中之一種，該無機黏結劑為蒙脫石，所以該黏結劑可以是由丙烯酸乳液與蒙脫石混合組成，也可以是由聚乙烯醇與蒙脫石混合組成；該增稠劑為一種纖維素，可係十二烷基苯磺酸鈉界面活性劑、氟化改質丙烯酸界面活性劑、羥丙基纖維素及羥乙基纖維素其中之一種； (8).將上述配置之黏著劑漿料加入改質劑，該改質劑重量比為1 ~ 6 wt.%，該改質劑可係六甲基二矽氮烷、甲基三甲氧基矽烷、苯基三甲基矽烷及聚二甲基矽氧烷其中之一種，該改質劑具有偶合劑及表面改質劑之作用效果； (9).將經過改質之黏著劑漿料浸泡於玻璃纖維毯中，在40 ~ 80℃下進行交聯反應及產生螯合作用0.5 ~ 3小時，成為一濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯； (10).將經過交聯反應及螯合作用後處於濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯，在100℃中進行乾燥5小時，成為一乾性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(2)中優選為將矽酸鈉溶液加入H+離子交換樹脂進行水解反應，得到酸鹼值pH: 2.4 ~ 2.6的矽酸溶液。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(3)中優選為該鹼性催化劑係氫氧化銨，並以加入1M鹼性催化劑直至矽酸鈉溶的酸鹼值升至pH: 4 ~ 7進行縮合反應以得到濕凝膠。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(4)中所加入異丙醇溶劑與濕凝膠之體積比為1：1；以及步驟(5)中所加入異丙醇與正己烷之混合溶液與濕凝膠體積比為 1：1。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(6)中優選為矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：1.15，在溫度80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質6小時。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(7)中優選為將2 wt.% 黏結劑、1 wt.% 改質濕矽氣凝膠及0.25 wt. %增稠劑添加於100 mL的純水裡，在50℃下以500 rpm 攪拌30分鐘，配置成為一黏著劑漿料。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(7)中優選為該有機黏結劑與該無機黏結劑之重量比為1：1。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(8)中優選為該改質劑為六甲基二矽氮烷，重量比3 wt. %。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(9)中優選為進行交聯反應並產生螯合作用時間1小時；以及該玻璃纖維毯為10 x 10 x 0.6 cm。

上述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，步驟(9)或步驟(10)中優選為該玻璃纖維毯係玻璃纖維棉毯或玻璃纖維針軋毯。

關於本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及可達致之功效，茲舉以下較佳可行實施例配合附圖進行詳細解說說明，俾利完全瞭解。

本發明主要係訴求一種二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，因此必須於前端先製備出二氧化矽氣凝膠，然後再將所製得之二氧化矽氣凝膠應用於後端製造出複合纖維毯。

請參閱圖1所示，本發明於前端製備出二氧化矽氣凝膠，係經過如下步驟： (1). 將模數為2.53 ~ 3.33的矽酸鈉及去離子水配置成固含量6 ~ 12.5 wt. %的矽酸鈉溶液並攪拌均勻。 (2). 將上述矽酸鈉溶液加入 H+離子交換樹脂進行水解反應，得到酸鹼值pH: 2 ~ 3的矽酸溶液，優選為得到酸鹼值pH: 2.4 ~ 2.6的矽酸溶液，然後將H+離子交換樹脂過濾去除，至於所過濾去除的H+離子交換樹脂係可再生使用。 (3). 接著將鹼性催化劑添加入上述矽酸鈉溶液內進行縮合反應，以得到濕凝膠，優選為該鹼性催化劑係氫氧化銨，並以加入1M鹼性催化劑直至矽酸鈉溶的酸鹼值升至pH: 4 ~ 7進行縮合反應以得到濕凝膠。 (4). 將上述濕凝膠置於攪拌機中，加入異丙醇溶劑，優選為所加入異丙醇溶劑與濕凝膠之體積比為1：1；然後在溫度25 ~ 80℃下，以50 rpm攪拌老化1 - 12小時，優選為溫度80℃下，以50 rpm攪拌老化3小時。 (5). 接著將經老化後之濕凝膠加入異丙醇與正己烷之混合溶液，優選為所加入異丙醇與正己烷之混合溶液與濕凝膠體積比為 1：1，然後在溫度25 - 80℃下，以500 rpm攪拌進行溶劑連續循環過濾置換1 - 12小時，優選為連續循環過濾置換6小時後再以抽氣過濾去除異丙醇與正己烷之混合溶液，重複抽氣過濾步驟3 ~ 4次後。 (6). 接著加入改質劑六甲基二矽氮烷與正己烷溶劑之混合溶液，矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：0.35 ~ 1.67，在溫度25 - 80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質1 - 12小時，優選為矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：1.15，在溫度80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質6小時，反應結束後以正己烷溶劑清洗過濾去除未反應的矽氧烷改質劑，當完成改質後將濕凝膠與溶液分離，這時候的濕凝膠即是業已經過疏水化改質的"疏水性濕二氧化矽氣凝膠"，或即稱"改質濕矽氣凝膠"。

因為本發明要進行"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"之製造時，會將該矽氣凝膠與一黏結劑、一增稠劑及一純水共同攪拌混合成為一黏著劑漿料，因此所選用的矽氣凝膠就以上述步驟(6).所完成的"改質濕矽氣凝膠"(即不須經過常壓乾燥者)使用，以節省熱能成本。

接著，請參閱圖2所示，要利用上述"改質濕矽氣凝膠"應用於後端製造出複合纖維毯，係經過如下步驟： (1).首先要製備出一黏著劑漿料，其係將 1 ~ 5 wt.%黏結劑(Adhesive)、1 ~ 5 wt.%改質濕矽氣凝膠及0.05 ~ 0.5 wt.%增稠劑添加於50 - 120 mL的純水裡，在30 - 70℃下以200 ~ 800 rpm 攪拌10 ~ 60分鐘，優選為將3 wt.% 黏結劑、1 wt.% 改質濕矽氣凝膠及0.25 wt. %增稠劑添加於100 mL的純水裡，在50℃下以500 rpm 攪拌30分鐘，藉以共同配置成為一黏著劑漿料；其中，該黏結劑係由一有機黏結劑及一無機黏結劑所混合組成，該有機黏結劑與該無機黏結劑之重量比為1：1，該有機黏結劑可係聚乙烯醇(PVA)及丙烯酸乳液(Acrylic emulsion)其中之一種，該無機黏結劑則為蒙脫石(Montmorillonite)，所以該黏結劑可以是由丙烯酸乳液(Acrylic emulsion)與蒙脫石(Montmorillonite)混合組成，也可以是由聚乙烯醇(PVA)與蒙脫石(Montmorillonite)混合組成；該增稠劑為一種纖維素，可係十二烷基苯磺酸鈉界面活性劑、氟化改質丙烯酸界面活性劑、羥丙基纖維素及羥乙基纖維素其中之一種。 (2).將上述配置之黏著劑漿料加入改質劑，該改質劑重量比為1 ~ 6 wt.%，該改質劑可係六甲基二矽氮烷、甲基三甲氧基矽烷、苯基三甲基矽烷及聚二甲基矽氧烷其中之一種，該改質劑具有偶合劑及表面改質劑之作用效果。 (3).將經過改質之黏著劑漿料浸泡於10 x 10 x 0.6 cm的玻璃纖維毯中，在40 ~ 80℃下進行交聯反應並產生螯合作用 0.5 ~ 3小時，就成為一濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯，其中，該玻璃纖維毯可係玻璃纖維棉毯或玻璃纖維針軋毯。 (4).最後將經過交聯反應及螯合作用後，處於濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯，在100℃中進行乾燥5小時，最後就成為一乾性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯。

以上係區分成二段步驟進行詳細說明，然實際實施時，可仍選擇區分成二段製作，惟也不排除可以直接連貫製作，在「發明內容」及「發明申請專利範圍」中即皆以連貫步驟做界定。

本發明人係經過無數次配方調整及無數次實作驗證，始獲得製作完成上述二氧化矽氣凝膠複合纖維毯的製造方法，其中，最關鍵的是該黏結劑配方的選擇，本發明針對該黏結劑選定由一有機黏結劑及一無機黏結劑混合組成，主要就是可以改善該改質濕矽氣凝膠與玻璃纖維毯間交互穿插的黏結性及物性；同時，本發明選定六甲基二矽氮烷為偶合劑及表面改質劑，可以增進該有機黏結劑與該無機黏結劑間的交聯反應及螯合作用，以及針對該玻璃纖維毯表面的疏水性改質，該六甲基二矽氮烷對於二氧化矽氣凝膠複合纖維毯(不論是二氧化矽氣凝膠玻璃纖維棉毯或二氧化矽氣凝膠玻璃纖維針軋毯)的密度、孔隙率、熱傳導係數及接觸角與掉粉量皆朝有利影響，最終可以製備出高強度(楊氏模數：0.09 ~ 0.58 MPa)、柔曲性佳(彎屈模數：0.04 ~ 0.05 MPa)、低熱傳導率(0.03 W/mK)、高疏水角(140o)，最重要是不掉粉的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯。

由以上說明可知，本發明主要即先製備出一種性能優良的"改質濕矽氣凝膠"，再應用該"改質濕矽氣凝膠"進一步製造出一種耐高溫、絕熱性能佳，且不掉粉的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"；本發明所製造出的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"因為高強度，柔曲性佳、低熱傳導率，用來作為隔熱材料能獲致絕佳效果，尤其用來披覆於熱流體管路外壁上做為絕熱層時，可以隔絕流體管路的熱量散失，達致大幅節省能源之功效；同時可以阻絕所披覆管線壁面之腐蝕，達致節省檢視維修花費之功效。

於此必須加強說明的是，本發明係訴求先製備出一種性能優良的"改質濕矽氣凝膠"，再應用該"改質濕矽氣凝膠"進一步製造出一種耐高溫、絕熱性能佳，且不掉粉的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"。這其中，該"改質濕矽氣凝膠"可以有二種來源：第一種即以上述步驟(6).所完成的"改質濕矽氣凝膠"(即不須經過常壓乾燥者)直接使用，以節省熱能成本；第二種則是在上述步驟(6).完成出"改質濕矽氣凝膠"後，有時為求大量儲存販賣或備用，製備上還會將該"改質濕矽氣凝膠"採行常壓乾燥法進行乾燥，例如：以60℃，150℃及230℃階梯式升溫方式各乾燥1小時，如此製備出"改質乾矽氣凝膠"。因此若取用該"改質乾矽氣凝膠"，然後加入於正已烷或相關醇類內浸置一段時間，例如：浸置於正已烷或甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇或乙二醇---等，如此可令該"改質乾矽氣凝膠"回復成為"改質濕矽氣凝膠"。

因此不論是應用第一種來源的"改質濕矽氣凝膠"，或是應用第二種來源的"改質濕矽氣凝膠"，同樣可以進一步製造出耐高溫、絕熱性能佳，且不掉粉的"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"，達成本發明所預期之目的及功效。故縱係應用第二種來源的"改質濕矽氣凝膠"來製造出"二氧化矽氣凝膠複合纖維毯"，同樣會含括於本發明之專利權範圍內。

綜上所述，本發明確可達到預期之功能及目的，並且詳細說明能使熟於此技藝者得據以實施，然以上所舉之實施例僅用以說明本發明，舉凡所有等效結構之改變仍不脫離本發明之專利範疇。

(無)

圖1所示係本發明之前端製備二氧化矽氣凝膠之步驟流程圖。圖2所示係本發明之後端製造出二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之步驟流程圖。

Claims

一種二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，係經過如下步驟： (1). 將模數為2.53 ~ 3.33的矽酸鈉及去離子水配置成固含量6 ~ 12.5 wt. %的矽酸鈉溶液並攪拌均勻； (2). 將上述矽酸鈉溶液加入H+離子交換樹脂進行水解反應，得到酸鹼值pH: 2 ~ 3的矽酸溶液，然後將H+離子交換樹脂過濾去除； (3). 將鹼性催化劑添加入上述矽酸鈉溶液內進行縮合反應，以得到濕凝膠； (4). 將上述濕凝膠置於攪拌機中，加入異丙醇溶劑，然後在溫度25 ~ 80℃下，以50 rpm攪拌老化1 ~ 12小時； (5). 將經老化後之濕凝膠加入異丙醇與正己烷之混合溶液，然後在溫度25 ~ 80℃下，以500 rpm攪拌進行溶劑連續循環過濾置換1 ~ 12小時，置換後再以抽氣過濾去除異丙醇與正己烷之混合溶液； (6). 加入改質劑六甲基二矽氮烷與正己烷溶劑之混合溶液，矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：0.35 ~ 1.67，在溫度25 - 80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質1 - 12小時，反應結束後以正己烷溶劑清洗過濾去除未反應的矽氧烷改質劑，當完成改質後將濕凝膠與溶液分離，此時的濕凝膠為經過疏水化改質的改質濕矽氣凝膠； (7).將 1 ~ 5 wt.% 黏結劑、1 ~ 5 wt.% 改質濕矽氣凝膠及0.05 ~ 0.5 wt.%增稠劑添加於50 ~ 120 mL的純水裡，在30 ~ 70℃下以200 ~ 800 rpm 攪拌10 ~ 60分鐘，配置成為一黏著劑漿料；該黏結劑係由一有機黏結劑及一無機黏結劑所混合組成，該有機黏結劑可係聚乙烯醇及丙烯酸乳液其中之一種，該無機黏結劑為蒙脫石，所以該黏結劑可以是由丙烯酸乳液與蒙脫石混合組成，也可以是由聚乙烯醇與蒙脫石混合組成；該增稠劑為一種纖維素，可係十二烷基苯磺酸鈉界面活性劑、氟化改質丙烯酸界面活性劑、羥丙基纖維素及羥乙基纖維素其中之一種； (8).將上述配置之黏著劑漿料加入改質劑，該改質劑重量比為1 ~ 6 wt.%，該改質劑可係六甲基二矽氮烷、甲基三甲氧基矽烷、苯基三甲基矽烷及聚二甲基矽氧烷其中之一種，該改質劑具有偶合劑及表面改質劑之作用效果； (9).將經過改質之黏著劑漿料浸泡於玻璃纖維毯中，在40 ~ 80℃下進行交聯反應及產生螯合作用0.5 ~ 3小時，成為一濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯； (10).將經過交聯反應及螯合作用後處於濕性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯，在100℃中進行乾燥5小時，成為一乾性的二氧化矽氣凝膠複合纖維毯。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(2)中優選為將矽酸鈉溶液加入H ⁺離子交換樹脂進行水解反應，得到酸鹼值pH: 2.4 ~ 2.6的矽酸溶液。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(3)中優選為該鹼性催化劑係氫氧化銨，並以加入1M鹼性催化劑直至矽酸鈉溶的酸鹼值升至pH: 4 ~ 7進行縮合反應以得到濕凝膠。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(4)中所加入異丙醇溶劑與濕凝膠之體積比為1：1；以及步驟(5)中所加入異丙醇與正己烷之混合溶液與濕凝膠體積比為 1：1。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(6)中優選為矽烷改質劑與矽酸莫耳比為 1：1.15，在溫度80℃下，以500 rpm攪拌進行表面疏水化改質6小時。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(7)中優選為將2 wt.% 黏結劑、1 wt.% 改質濕矽氣凝膠及0.25 wt. %增稠劑添加於100 mL的純水裡，在50℃下以500 rpm 攪拌30分鐘，配置成為一黏著劑漿料。
如請求項1或6所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(7)中優選為該有機黏結劑與該無機黏結劑之重量比為1：1。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(8)中優選為該改質劑為六甲基二矽氮烷，重量比3 wt. %。
如請求項1所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，步驟(9)中優選為進行交聯反應並產生螯合作用時間1小時；以及該玻璃纖維毯為10 x 10 x 0.6 cm。
如請求項1或9所述之二氧化矽氣凝膠複合纖維毯之製造方法，其中，該玻璃纖維毯係玻璃纖維棉毯或玻璃纖維針軋毯。