[發明專利]一種二氧化硅氣凝膠的制備方法

無效

• 申請號: 201310043496.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103073008A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張和平;何松;畢海江;胡銀;楊暉;程旭東;李治
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種二氧化硅氣凝膠的制備方法。

背景技術

二氧化硅氣凝膠是一種結構可控的輕質納米多孔材料，具有許多優異的性能，如高孔隙率、高比表面積、低密度、低熱導率等。二氧化硅氣凝膠可被制作成聲阻抗耦合材料、過濾材料、高溫隔熱材料等多種高性能材料，在切侖可夫探測器、催化劑及催化劑載體、寬帶減反射、高效可充電電池、防眩光涂層、低介電常數絕緣層、超高速集成電路基片、高激光損傷閾值增透薄膜、高效絕熱涂層等眾多領域之中都具有廣泛的應用前景。

國內外制備二氧化硅氣凝膠通常都以正硅酸甲酯，正硅酸乙酯或“水玻璃”為原料，采用溶膠-凝膠法，經超臨界干燥制得。申請號為201210078237.2的中國專利公開了一種用正硅酸乙酯和硅溶膠為原料，加入乙醇后再用氨水調節溶液pH值，得到二氧化硅水凝膠，將二氧化硅水凝膠經老化后超臨界干燥制備二氧化硅氣凝膠的方法。申請號為201210123519.X的中國專利公開了一種用酸性硅溶膠為原料，依次用堿、酸調節pH值，得到二氧化硅水溶膠，將二氧化硅水溶膠經溶劑置換、表面甲硅烷基化后，通過超臨界干燥制得二氧化硅氣凝膠的方法。但是超臨界干燥沒備要求高，耗費大量能源，操作危險，大大增加了氣凝膠的成本，且不利于規模化生產。

申請號為200810042222.4的中國專利公開了一種在常壓下制備疏水型二氧化硅氣凝膠的方法，該發明在常壓條件下采用稻草灰為原料，將稻草灰制得二氧化硅水凝膠，將所述二氧化硅水凝膠通過醇類有機溶劑進行溶劑交換、采用硅氧烷類表面修飾劑進行表面修飾將凝膠表面的親水羥基基團替換成疏水甲基基團，再通過紅外干燥氛圍下進行常壓干燥，制備出二氧化硅氣凝膠。但采用上述方法在常壓條件下制備的二氧化硅氣凝膠孔隙率偏低，密度偏大。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，采用本發明所提供的制備方法制備的二氧化硅氣凝膠密度小，孔隙率高。

本發明提供了一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

A）將硅源、乙醇、干燥控制化學添加劑和水混合，加入酸性催化劑調節pH值至3~4，反應后得到二氧化硅氣凝膠前驅體溶液；

B）將二氧化硅氣凝膠前驅體溶液與乙基纖維素混合，加入堿性催化劑調節pH值至5~7，反應后得到二氧化硅水凝膠；

C）將所述二氧化硅水凝膠依次進行老化、溶劑交換、表面改性以及常壓干燥，得到二氧化硅氣凝膠。

優選的，所述乙基纖維素與所述硅源的質量比為1：（2~20）。

優選的，所述硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯與甲基三甲基硅烷的混合物。

優選的，所述干燥控制化學添加劑為N,N-二甲基甲酰胺。

優選的，所述硅源、乙醇、干燥控制化學添加劑以及水的摩爾比為1:（6~20）：（0.1~3）：（1~3）。

優選的，所述酸性催化劑為鹽酸水溶液或氟化銨溶液。

優選的，所述堿性催化劑為氨水溶液或乙醇胺溶液。

優選的，步驟C）中所述老化的時間為6~16h，老化的溫度為30~60℃。

優選的，步驟C）中所述溶劑交換的溶劑為乙醇、正己烷、環己烷和正庚烷中的一種或多種。

優選的，步驟C）中所述表面改性的表面改性劑為三甲基氯硅烷或六甲基二硅醚。

與現有技術相比，本發明將硅源、乙醇、干燥控制化學添加劑和水混合，加入酸性催化劑調節pH值至3~4，反應后得到二氧化硅氣凝膠前驅體溶液；將二氧化硅氣凝膠前驅體溶液與乙基纖維素混合，加入堿性催化劑調節pH值至5~7，反應后得到二氧化硅水凝膠；將二氧化硅水凝膠依次進行老化、溶劑交換、表面改性以及常壓干燥，得到二氧化硅氣凝膠。本發明將乙基纖維素與二氧化硅氣凝膠前驅體溶液混合，所述乙基纖維素可以減小二氧化硅氣凝膠前驅體溶液的聚合反應的速率，避免聚合過快導致形成二氧化硅的水凝膠顆粒過大，同時也避免了二氧化硅的水凝膠顆粒表面的靜電斥力過大而無法凝膠，保證了形成的二氧化硅水凝膠的凝膠網絡均勻，將得到的二氧化硅水凝膠依次進行老化、溶劑交換、表面改性以及常壓干燥，得到二氧化硅氣凝膠，其密度小，孔隙率高。

結果表明，本發明制備的二氧化硅氣凝膠的比表面積為900~1100m²/g，孔容為3.2~4.6cm³/g，孔隙率為93%~97%，密度為0.08~0.15g/cm³。

具體實施方式