[發明專利]用于氣凝膠制造的溶劑-置換溶劑以及使用所述溶劑-置換溶劑的疏水化氣凝膠制造方法

有效

• 申請號: 201380024768.6
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN104334517A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 金炳勛;俞正根;韓廷昊;羅珊·韋格爾
• 申請（專利權）人: 萊姆泰克株式會社
• 主分類號: C07C31/125
• 分類號: C07C31/125;C01B33/152;C01B33/14
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

技術領域

本發明涉及用于制造疏水化氣凝膠的溶劑-置換溶劑以及使用所述溶劑-置換溶劑制造疏水化氣凝膠的方法。更具體地，本發明涉及如下的溶劑-置換溶劑，其用于制造疏水化氣凝膠，同時允許容易地收集溶劑并且重復使用該溶劑以最小化溶劑損失，允許容易地控制甲硅烷基化劑的含量，允許有效地替換濕凝膠的水分，和允許在干燥期間將液凝膠的孔隙率維持在高品質水平，以及涉及使用所述溶劑-置換溶劑制造疏水化氣凝膠的方法。

背景技術

隨著在先進工業技術領域中的最新進展，越來越關注氣凝膠。氣凝膠是一種如下的先進的超低密度材料，根據納米多孔結構和起始原料的種類，其孔隙率為90％或更高、比表面積為數百m²/g至約1500m²/g。可以將納米多孔氣凝膠用于諸如超低介電材料、催化劑、電極材料和隔音材料的應用中。特別地，熱傳導程度低的二氧化硅氣凝膠是可用于冰箱、汽車、飛機和其它應用中的非常有效的超絕緣材料。

可以使用多種方法制造這樣的氣凝膠。例如，WO95/06617公開了如下制造疏水性二氧化硅氣凝膠的方法：使水玻璃與硫酸等在pH?7.5至11下反應以形成二氧化硅水凝膠，在pH?7.5至11下用水或稀釋的無機鹽(氫氧化鈉或氨)水溶液洗滌二氧化硅水凝膠以從二氧化硅水凝膠中除去離子組分，用C_1-5醇除去水，并且在240℃至280℃下在55巴至90巴壓力的超臨界條件下干燥二氧化硅水凝膠。在所公開的方法中，在不實施甲硅烷基化方法的情況下實施超臨界干燥方法。

WO96/22942公開了如下制造氣凝膠的方法：對硅酸鹽濕凝膠實施任選的溶劑置換工藝以用有機溶劑(甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、四氫呋喃等)進行置換，并且使硅酸鹽濕凝膠與至少一種不包含氯的甲硅烷基化劑反應，并且在超臨界條件下干燥硅酸鹽濕凝膠。

WO98/23367公開了如下的制造氣凝膠的方法：使水玻璃與酸反應以形成濕凝膠，用有機溶劑(即，醇，例如甲醇或乙醇，丙酮，酮等)洗滌濕凝膠以使濕凝膠的水含量為5重量％或更小；并且對濕凝膠實施甲硅烷基化和干燥工藝。

WO97/17288公開了如下的制造氣凝膠的方法：從水玻璃水溶液和有機和/或無機酸制備pH值為4.0或更小的硅溶膠，在0℃至30℃下將通過酸和水玻璃陽離子形成的鹽從硅溶膠分離，將堿添加到硅溶膠中以通過縮聚形成SiO₂凝膠，用有機溶劑(例如脂族醇、醚、酯、酮或脂族或芳族烴)洗滌SiO₂凝膠直到SiO₂凝膠的水含量為5重量％或更小，并且對SiO₂凝膠實施甲硅烷基化和干燥工藝。

WO98/23366公開了如下的制造氣凝膠的方法：形成pH值為3或更大的水凝膠；混合所述水凝膠與疏水劑以將水凝膠的表面改性；任選地用質子或非質子性溶劑(甲醇、乙醇、醚、酯、酮或脂族或芳族烴等)或甲硅烷基化劑洗滌改性的水凝膠，并且干燥經過洗滌的水凝膠。所公開的方法不需要溶劑交換過程。

韓國專利申請2004-72145公開了通過使用正丁醇、丙醇和其混合物從二氧化硅除去水分以制造具有納米尺寸粒子的二氧化硅的技術。

韓國專利申請2006-878841公開了包括以下步驟的方法：將水玻璃(硅酸鈉)添加到HCl中以在pH?3至pH?5的酸度下形成硅膠；用蒸餾水洗滌硅膠并且過濾硅膠；在1重量％至30重量％甲硅烷基化劑例如六甲基乙硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷或甲氧基三甲基硅烷和70重量％至99重量％醇(甲醇、乙醇、丙醇等)的混合物中回流所述硅膠4小時至12小時以將硅膠的表面改性；過濾硅烷基化硅膠；并且通過使用正丁醇對硅烷基化硅膠實施溶劑交換工藝以同時從硅膠除去水分和反應殘留物。然而，根據所公開的方法，不可能收集和重復使用醇溶液和甲硅烷基化劑。也就是說，因為使用了大量的昂貴的甲硅烷基化劑，所以產品的制造成本可能非常高，并因此所公開的方法是相對不經濟的。

韓國專利申請2007-25662公開了比上述方法更簡單的處理方法，所述處理方法包括：將水玻璃(硅酸鈉)添加到HCl中以在pH?3至pH?5的酸性條件下形成硅膠；用蒸餾水洗滌硅膠并且過濾硅膠；用正丁醇和甲硅烷基化劑例如六甲基乙硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷或甲氧基三甲基硅烷的混合物溶液處理硅膠，以將硅膠甲硅烷基化并且同時從硅膠除去水分和反應殘留物。然而，所公開的處理方法不可避免地導致丁醇損失，并且甚至所收集的丁醇溶劑具有低品質，因為相對大量的水可能溶解于其中。

發明內容