[發明專利]用高壓液態介質進行超臨界干燥制備二氧化硅氣凝膠的方法

無效

• 申請號: 201010217679.1
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101863479A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 李健
• 申請（專利權）人: 應城市東誠有機硅有限公司
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

技術領域

本發明涉及一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，具體地說是一種用高壓液態介質進行超臨界干燥制備二氧化硅氣凝膠的方法。

背景技術

二氧化硅氣凝膠具有密度低、比表面積大、孔隙率高等特點，是一種具有廣闊前景的新型輕質納米多孔材料。充分發揮氣凝膠的優異性能，實現原料的低成本化及制備工藝的簡單安全和低成本化，使其能夠大規模生產是目前研究的熱點。

近年來，硅氣凝膠的研究主要集中在德國BASF、BESY公司，美國的洛斯阿拉莫斯國家實驗室、勞倫斯利物摩爾國家實驗室和桑地亞國家實驗室，法國的蒙彼利埃材料研究中心，瑞典LUND公司及美、德、日等國的大學。在國內，硅氣凝膠的研究最早始于1995年同濟大學波耳固體物理研究所，它率先建立了一套氣凝膠制備及若干性質測量的設備，并和德國維爾茲堡大學物理所合作開展氣凝膠材料的系統研究。另外北京科技大學、中科院山西煤化所等高校和科研機構也發表過相關論文。但對硅氣凝膠的研究大多處于起步階段，還沒有形成以開發新材料為目的的應用性研究。

目前該產品的制備技術上還有難點制約著產品的大規模生產及應用。1.采用超臨界干燥制備硅氣凝膠需要的投資大，成本高，高壓設備操作危險。2.采用常壓干燥時會遇到縮裂問題。雖然通過采用溶劑交換/表面改性等手段進行處理可以解決這一問題，但是常壓干燥工藝用于大規模生產氣凝膠時，如何穩定地提高反應速度，加快改性液的滲透性還需要進一步的探索。專利申請號為200580015564的發明專利就是采用這類方法。它是將表面活性劑溶于酸性水溶液，向其中添加在分子中具有水解性官能團和疏水性官能團的硅化合物進行水解反應，生成的凝膠固化后，使所述凝膠超臨界干燥，可以得到微孔直徑和微孔直徑分布得到控制的二氧化硅氣凝膠。所述表面活性劑優選使用非離子性表面活性劑、陽離子性表面活性劑和陰離子性表面活性劑中的任一種，或者混合兩種以上使用。這種方法無法克服上述缺陷。

有別于傳統的制備方法，本發明采用多晶硅行業廢產物四氯化硅作為硅氣凝膠的原材料。不僅解決了多晶硅產業中高污染高毒害副產物排放問題，而且將其轉化為可廣泛應用于光學、聲學、力學、電學等領域具有高附加值的功能性新材料。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的缺陷，提供一種用高壓液態介質進行超臨界干燥制備二氧化硅氣凝膠的方法，它解決了SiO₂氣凝膠干燥時容易出現縮裂和反應速度慢的問題。

本發明SiO₂氣凝膠的制備方法的步驟如下：

(1)、在pH＝3-5的酸性條件下，加入四氯化硅和水攪拌反應，然后用氨水調節pH＝8-10，再加入水和乙醇，進行水解-縮聚反應形成醇凝膠；

(2)、將醇化后的凝膠裝入高壓反應釜，將高壓液態介質充入反應釜，充滿后將反應釜緩慢升溫直至達到超臨界壓力；

(3)、然后邊緩慢升溫邊緩慢釋放出介質氣體，直至釜內壓力與外部大氣壓均衡，打開反應釜，取出樣品，干燥。在醇凝膠與液態CO₂接觸過程中，凝膠孔隙中的乙醇逐漸溶于CO₂，最后形成CO₂為主的單一溶液體系，待液相排出后，則納米孔充滿了氣體，使納米孔結構得以保持、使結構不被破壞。

其中：在酸性條件下加四氯化硅和水的摩爾比為1∶2。堿性條件下加入水和乙醇時，水∶乙醇∶四氯化硅的摩爾比為3∶1∶1。在上述工藝條件下形成的醇凝膠效果最好。

其中：所述的高壓液態介質為液態CO₂、飽和烷烴或不飽和烷烴；所述的飽和烷烴為甲烷、乙烷、丙烷或丁烷；所述的不飽和烷烴為乙烯、丙烯、丁烯或乙炔。

本發明與現有技術的不同之處在于采用四氯化硅作為起始原料，它具有原料易得、工藝簡單、成本低的優點；本發明另一不同之處在于用高壓液態介質進行超臨界干燥，它解決了SiO₂氣凝膠干燥時容易出現縮裂的現象，因此不會破壞SiO₂氣凝膠納米孔結構，同時能夠穩定地提高反應速度。

具體實施方式

實施例1