[發(fā)明專利]塊狀疏水二氧化硅氣凝膠及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310398599.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN104418331A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高彥峰;云山;羅宏杰;曹傳祥;金平實(shí)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C01B33/113
• 分類號(hào): C01B33/113
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種疏水塊狀二氧化硅氣凝膠材料的制備。

背景技術(shù)

二氧化硅氣凝膠是以二氧化硅納米顆粒相互堆積圍成具有三維多孔結(jié)構(gòu)的新材料。因具有低密度(0.003～0.8g·cm^-3)，高孔隙率(80～99.8%)，高比表面積(200～1000m²·g^-1)，低熱導(dǎo)率(～0.02W·m^-1K^-1)等性質(zhì)使其在航空航天、化工、節(jié)能建筑、軍事、通訊、電子、冶金等應(yīng)用領(lǐng)域有著十分廣闊的前景。

雖然氣凝膠的研究早已成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，但迄今真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)并予以廣泛推廣應(yīng)用的企業(yè)并不多。其主要原因在于氣凝膠的成型問題。氣凝膠的制備多采用溶膠凝膠法，在濕凝膠干燥過程中，由于氣液界面的存在產(chǎn)生了很大的毛細(xì)管作用力以及凝膠孔徑不完全均勻造成的凝膠骨架各向異性最終表現(xiàn)出骨架宏觀上受到較大的應(yīng)力，引起骨架收縮開裂、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致制備所得的氣凝膠常常是粉體或顆粒，難以形成完整的塊體。

為制備出高品質(zhì)的塊狀二氧化硅氣凝膠，在干燥工藝中一般需要采用超臨界干燥工藝（例如參見CN1984843A）。由于超臨界干燥需要高溫高壓過程，能源消耗大，工藝繁瑣，周期長，具有一定危險(xiǎn)性，且產(chǎn)率較低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，高昂的成本嚴(yán)重制約了二氧化硅氣凝膠的普及應(yīng)用。

為了克服該問題，許多研究者嘗試采用常壓干燥的方法替代超臨界干燥來制備二氧化硅氣凝膠。如公開號(hào)為CN101244825A、CN102795631A的中國專利中以硅藻土為原料，通過堿溶、酸催化得到凝膠，經(jīng)過有機(jī)溶劑交換和有機(jī)硅烷表面改性后在常壓下制備出二氧化硅氣凝膠。公開號(hào)為CN101244826A、CN102765726A的中國專利中以稻殼灰為原料通過溶膠凝膠法以及溶劑交換和表面改性處理在常壓干燥下得到二氧化硅氣凝膠。大連理工大學(xué)史非等以水玻璃為原料，分別用三甲基氯硅烷/六甲基二硅醚和乙醇/三甲基氯硅烷/庚烷溶液對(duì)二氧化硅水凝膠進(jìn)行表面改性和溶劑交換，常壓干燥下制備出二氧化硅氣凝膠。J.L.Gurav等(Jyoti?L.Gurav,A.Venkateswara?Rao,et?al.J?Mater?Sci,2010,45:503-510)以正硅酸四乙酯(TEOS)為原料，六甲基二硅氧烷和正己烷分別為改性劑和交換溶劑常壓下制備出二氧化硅氣凝膠。S.D.Bhagat等(Sharad?D.Bhagat,Chang-Sup?Oh,Yong-Ha?Kim,et?al.Microporous?and?Mesoporous?Materials,2007,100:350-355)以及B.Xu等(Bi?Xu,Jackie?Y.Cai,et?al.Microporous?and?Mesoporous?Materials,2012,148:145-151)和中國專利公開號(hào)為CN102765725A中以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）為原料，甲醇作為溶劑通過酸堿兩步催化法和常壓干燥制備出疏水的二氧化硅氣凝膠。雖然這些方法都采用了常壓干燥，但是還存在一些不足，表現(xiàn)在制備的二氧化硅氣凝膠以粉末為主，難以獲得塊體材料；采用額外的表面改性步驟和溶劑交換步驟，延長了生產(chǎn)周期，增加了成本；大量使用有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。

因此，目前仍然需要一種簡便、低毒、成本低廉、易于工業(yè)化生產(chǎn)的方法來制備二氧化硅氣凝膠。

發(fā)明內(nèi)容

面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種簡便、低毒、成本低廉、易于工業(yè)化生產(chǎn)的方法來制備二氧化硅氣凝膠以及該法制得的塊狀疏水二氧化硅氣凝膠材料以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。

首先，本發(fā)明提供一種塊狀疏水二氧化硅氣凝膠的制備方法，所述方法包括以下步驟：

（1）混合硅源、蒸餾水、表面活性劑和堿性催化劑，攪拌5～120分鐘得到透明溶膠，其中所述硅源為含有一個(gè)或兩個(gè)烴基的有機(jī)硅氧烷，所述硅源、表面活性劑、蒸餾水和堿性催化劑的摩爾比為1：（0.005～0.3）：（7～45）：（0.05～1.5）；

（2）將所述透明溶膠于10～50℃靜置10～120分鐘；

（3）將靜置后的透明溶膠于20～95℃凝膠化處理2～20小時(shí)得到二氧化硅濕凝膠；以及

（4）用蒸餾水浸泡洗滌所述二氧化硅濕凝膠后，在常壓下于20～200℃下干燥1～72小時(shí)，制備得到所述塊狀疏水性二氧化硅氣凝膠。