[發明專利]一種常壓干燥制備疏水性SiO2氣凝膠的方法

有效

• 申請號: 201410151769.3
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103936018A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張毅;劉洋;李東旭
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明屬于氣凝膠材料的制備工藝領域，尤其涉及采用兩步溶膠-凝膠法結合常壓干燥工藝的一種常壓干燥制備疏水性SiO₂氣凝膠的方法。

背景技術

氣凝膠是一種超輕的，并以氣體為分散介質的具有三維網絡結構的多孔凝聚態物質。SiO₂氣凝膠是一種新型的結構可控的孔狀材料，具有多種獨特的性質。它具有超低的密度(0.003～0.2g/cm³)、超高的氣孔率(80%～99.8%)和超細的結構（微觀網絡骨架與孔隙一般都進入納米范疇，比表面積可達800m²/g以上）等優點，并且其表面極性可控，可以根據需要調節其親水、疏水性。由此帶來一系列熱、光、電、聲、吸附等方面的優異性能，可以用于保溫隔熱、光導、介電、聲阻隔音、吸附、催化等材料領域。

起初SiO₂氣凝膠是通過超臨界干燥法制備的，但由于其在使用技術上存在耗能高、危險性大、設備復雜等缺點，難以實現連續性及規?；a。相比而言，常壓干燥技術所需設備簡單、便宜，并且只要技術成熟就能進行連續性和規?；a。因此，常壓干燥是非超臨界干燥技術的主要研究方向。

目前而言，常壓干燥技術已經得到了一定改善，但由于過程中會造成溶劑等的大量浪費，而且相對超臨界干燥，得到的氣凝膠塊狀完整度較低，因此在一定程度上制約了其實際應用價值。本發明通過部分工藝的完善，制得了完整的SiO₂氣凝膠，并具有優良的疏水性，同時在實驗過程中也對溶劑的浪費進行了控制，具有一定的實際應用意義。

發明內容

本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種常壓干燥制備疏水性SiO₂氣凝膠的方法。其工藝對常壓干燥制備疏水性SiO₂氣凝膠的技術進行了一定的改進，通過簡化溶劑使用量以及部分工藝時間使其成本和制備時間進一步減小，通過對疏水改性劑濃度以及改性時間的優化，使其疏水性能得到進一步優化，獲得了疏水性良好的氣凝膠。

本發明的技術方案為：一種常壓干燥制備疏水性SiO₂氣凝膠的方法，其具體步驟如下：

(1)將正硅酸四乙酯(TEOS)、水、無水乙醇按摩爾比為1:(4～6):(5～8)混合，加入酸性催化劑，調節pH值，充分攪拌；

(2)在步驟(1)中所得到的溶液中加入堿性催化劑并繼續攪拌，調節pH值，靜置形成凝膠；

(3)將凝膠置于干燥箱中進行老化；

(4)老化結束后，對凝膠進行溶劑置換；

(5)溶劑置換后，向凝膠中加入改性液，并于40～60℃恒溫改性；

(6)將改性后的凝膠在40～60℃下進行洗滌；

(7)對凝膠進行干燥，干燥結束后得到氣凝膠。

優選步驟(1)中所述的酸性催化劑為鹽酸、草酸或氫氟酸；調節pH值為3～4。優選步驟(2)中所述的堿性催化劑為氨水溶液；調節pH值為6～8。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的老化時間為1～2天；老化過程中加入的老化液為無水乙醇、水與無水乙醇的混合液，或者正硅酸四乙酯與無水乙醇的混合液；其中水與無水乙醇的體積比為1:1～2，正硅酸四乙酯與無水乙醇的體積比為1:4～6。

優選步驟(4)中用于溶劑置換的溶液為正己烷；溶劑置換時間為12～24h。

優選步驟(5)中所述的改性液為三甲基氯硅烷（TMCS）或六甲基二硅胺烷（HMDZ）中的一種與正己烷溶液的混合液，混合液中三甲基氯硅烷或六甲基二硅胺烷體積占混合液總體積的8%～15%；改性時間為12～24h。

優選步驟(6)中洗滌用的溶液為正己烷；洗滌時間為6～12h。

優選步驟(7)中所述的干燥方法為逐漸升溫，并至50～60℃、70～80℃、90～100℃、110～120℃和140～150℃下各恒溫干燥1.5～2.5h。

有益效果：

本發明制備的氣凝膠是通過溶膠-凝膠法，經過常壓干燥而制得的輕質納米多孔固體材料。本發明方法以及由該方法制備的氣凝膠材料有如下特點：

(1)工藝簡單可控，環境簡潔安全，成本較低。本發明方法采用常壓干燥制備SiO₂氣凝膠，操作步驟簡單，實驗環境不復雜，反應過程可控性較好，相對超臨界干燥技術，設備簡單，環境簡潔安全，且均在常壓條件進行，制備成本較低，技術成熟即可進行連續性和規?；a。