[發明專利]一種用酸性硅溶膠制備二氧化硅氣凝膠的方法

有效

• 申請號: 201210123519.X
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102642842A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 姜法興;林芬;張蓉艷;余盛錦
• 申請（專利權）人: 浙江納諾科技有限公司
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所 33220
• 代理人: 王余糧

技術領域：?

本發明屬于無機絕熱材料制備領域，特別涉及一種以酸性硅溶膠為原料制備納米多孔二氧化硅氣凝膠的方法。

背景技術：?

二氧化硅（SiO₂）氣凝膠是一種輕質多孔材料，美國宇航局科學家研制出密度僅為3kg/m³?的氣凝膠，作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀錄。其獨特的三維網絡結構、氣體分散介質以及納米量級的固體相和孔隙結構使其具有獨特的物理化學性質，如：在固體材料中它的密度最低、熱導熱最小（室溫真空熱導率可降低至0.001W/m·K）、聲傳遞速度最低、孔隙率最高（可達99.8%），比表面積較高（可達1000m²/g）、熱穩定性好等等。因此作為隔熱保溫材料可用于建筑墻材、保溫窗、太陽能集熱器、太陽能房子和航天器上理想的隔熱層等；在光學方面的應用可用于制造特殊環境使用的透鏡、Cerenkov探測器；在電學方面可作為雙層電化學電容器和高效可充電電池的電極材料；另外在聲學、催化醫學和生命科學等領域都表現出很好的應用價值。因此，制備SiO₂氣凝膠及其復合材料引起了世界科學家們極大的興趣。

目前，最常見的SiO₂氣凝膠一般采用溶膠—凝膠工藝結合超臨界干燥或常壓干燥方法制備。如專利EP-A-0396076、WO92/03378、WO94/25149、WO92/20623、CN1557778中已公開。這些方法存在原料非常昂貴，且具有毒性，工藝復雜，安全性低等問題嚴重制約了SiO₂氣凝膠的規模化生產和應用。?

為降低成本，研究人員往往采用成本低廉的水玻璃或硅溶膠為原料制備SiO₂氣凝膠。專利EP-A-0658513、CN1636871B以水玻璃為起始原料，借助離子交換樹脂去除高濃度的鈉或鉀離子，然后通過加入堿縮聚成凝膠，經有機溶劑置換、表面甲硅烷基化后制得SiO₂氣凝膠。專利CN1241953B采用水玻璃水解法制備凝膠，然后用熱水反復洗滌所得的凝膠，再通過有機溶劑置換和表面甲硅烷基化反應后常壓制得SiO₂氣凝膠。CN101844771AA公開了以硅酸鈉水溶液為硅源，用濃鹽酸調節pH值到1，在50℃環境中靜置凝膠，然后依次用去離子水、乙醇、正己烷和體積比為20%的正己烷和三甲基氯硅烷的混合溶液各處理24h，最后在150℃下干燥，得到SiO₂氣凝膠。此類方法操作繁瑣，生產周期長，且制備工藝中會產生的大量含鹽廢水。?

由于工業水玻璃中含有較多雜質，為避免干擾，研究人員采用硅溶膠為原料制備SiO₂氣凝膠。例如專利CN101468798A以膠體粒徑在8nm左右或更低的硅溶膠為硅源，與體積比為硅溶膠5-50倍的醇或酮或醇酮混合體中形成預聚體，密封容器于100-200℃條件下脫水凝膠，并老化3-15天形成濕凝膠，敞開密封蓋于30-80℃下干燥形成超低密度SiO₂氣凝膠，將該凝膠于400-500℃維持1-3小時純化氣凝膠。此方法對硅溶膠粒徑要求嚴格，生產周期長，設備要求高，能耗大，不適合工業大規模生產。專利CN1724354A利用硅溶膠、乙醇、硝酸混勻得醇凝膠，在?50℃下恒溫12-24h老化后，用無水乙醇浸泡1-2次，然后用濃度為80%的乙醇浸泡24h，再用體積比為1：1的正硅酸乙酯和乙醇的混合液浸泡48h，所得凝膠置于70℃恒溫干燥72h制得硅氣凝膠，然后用硝酸鐵溶液浸泡來提高氣凝膠的熱穩定性。此方法通過在硅溶膠中加入乙醇制得醇凝膠，但在凝膠后仍需用不同濃度的乙醇溶液浸泡所得凝膠，對工業化生產來說，過程繁瑣，且制備凝膠過程中引入有機溶劑，增加了對設備的密閉性、防爆性、防靜電等要求，不僅增加了成本也增加了生產的危險性。?

發明內容：?

本發明的目的在于提供一種制備成本低，工藝簡單，反應條件容易且可控，周期短的SiO₂氣凝膠制備方法。

本發明采取的技術方案如下，一種用酸性硅溶膠制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟：?

⑴、凝膠的制備：

將酸性硅溶膠加水稀釋成硅溶膠水溶液，加堿調節硅溶膠水溶液pH?為9.0-11.5，然后加酸使溶膠縮聚成為SiO₂水凝膠，在溫度0-90℃下陳化0-72h。

步驟⑴中：?