[發明專利]一種彩色二氧化硅氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201410256657.4
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN105253892B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 張學同;王錦
• 申請（專利權）人: 蘇州同玄新材料有限公司
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發明涉及一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，尤其涉及一種利用常壓干燥技術制備具有納米多孔結構的彩色二氧化硅氣凝膠的方法，屬于納米多孔材料技術領域。

背景技術

氣凝膠是一種高度多孔性的納米材料，通常采用特殊工藝把濕凝膠中的液體置換成氣體而不顯著改變凝膠的網絡結構來制備氣凝膠。氣凝膠是目前世界上質量最輕、隔熱性能最好的固體材料。世界上第一個氣凝膠產品是二氧化硅氣凝膠，于1931年由美國加州太平洋大學的Kistler教授通過凝膠-溶膠法和超臨界干燥制備出來的。由于二氧化硅氣凝膠具有高比表面積(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低熱導率(0.013～0.038W/mk)等特點，使得二氧化硅氣凝膠在耐高溫隔熱材料、超低密度材料、聲阻抗耦合材料、氣體吸附和過濾材料、催化劑載體材料、藥物載體材料等領域具有非常廣闊的應用前景。

目前氣凝膠的制備方法主要有超臨界干燥、冷凍干燥和常壓干燥三種方法，其中冷凍干燥主要用于學術研究方面，而引起產業化興趣的制備方法主要是超臨界干燥和常壓干燥。例如CN102583407A和CN102642842B公開了使用超臨界干燥制備氣凝膠的方法，其通過超臨界流體置換掉濕凝膠中的溶劑，最終干燥后能夠很好的保持凝膠原有的結構。但是，通常超臨界干燥需要用到特殊的設備，在高壓高溫下操作，一方面使得設備昂貴，操作困難，成本高；另一方面存在重大的安全隱患。為此，CN103073008A、CN101691227B和CN103043673A公開了使用常壓干燥制備氣凝膠的方法：通過多次和多種溶劑交換將凝膠孔道內的液體交換成為低表面張力的溶劑，如正己烷等，再將孔道的表面由親水性改性為疏水性，大大減小了凝膠孔道內的毛細管力，從而在干燥的過程中凝膠的收縮很小，基本上可以保持原有形態。由于常壓干燥需要多次的凝膠孔道溶劑交換和表面疏水化處理，制備周期長，操作繁瑣，很難實現產業化生產。

文獻1(Solid state sciences2008,10:1113-1116)和文獻2(Powder technology2010,197:288-294)分別報道了連續化、大批量常壓制備二氧化硅氣凝膠粉體的方法，由于文獻都采用相對廉價的水玻璃為硅源，制備過程中需要通過離子交換法或大量水洗法去除鈉離子，以及醇置換、烷置換、疏水改性等步驟，制備周期長，操作繁瑣。

另外，以上有關常壓干燥法制備氣凝膠的文獻涉及到的技術所制備的氣凝膠都為白色粉末，很難直接進行染色處理。此外，也不能用同樣的方法合成出彩色氣凝膠粉體，因此很難滿足用戶對彩色氣凝膠的需求。

發明內容

本發明的目的之一在于提出一種工藝簡單、生產周期短、成本低，且只需簡單設備即可施行的常壓干燥制備彩色二氧化硅氣凝膠的方法，從而克服現有技術中的缺陷。

本發明的目的之二在于提供一種具有多種顏色，色彩美觀和良好物理化學性能的彩色二氧化硅氣凝膠。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種彩色二氧化硅氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)將正硅酸酯部分水解，形成具有不同聚合度的聚(烷氧基硅氧烷)；

(2)將所述聚(烷氧基硅氧烷)與染料、醇或酮、堿催化劑混合均勻，靜置形成彩色醇或酮凝膠；

(3)將所述醇/酮凝膠攪碎至粉末或顆粒狀后，與液態烷或氟代烷混合攪拌，置換出所述醇/酮凝膠中的醇/酮，從而獲得烷凝膠；

(4)將所述烷凝膠與疏水劑和液態烷的混合溶液混合攪拌，獲得疏水烷凝膠；

(5)將所述疏水烷凝膠常壓干燥，獲得彩色疏水化二氧化硅氣凝膠。

其中，所述染料能夠溶解在所述醇或酮中，但形成烷凝膠后所述染料不溶或微溶于所述液態烷或氟代烷中或所述液態烷或氟代烷不足以洗脫所述烷凝膠中的染料分子。

在一較為優選的實施方案之中，步驟(1)可以包括：將正硅酸酯、水及有機溶劑混合，并加入水解催化劑形成混合反應體系，在水解溫度下反應0.1h以上，獲得所述聚(烷氧基硅氧烷)；

進一步的，正硅酸酯與水的摩爾比優選為1:0.1～1:2.0。

進一步的，有機溶劑與正硅酸酯的體積比優選為0.1:1～1:0.1；

進一步的，所述正硅酸酯可選自但不限于正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。

進一步的，所述有機溶劑包括醇或酮。

進一步的，所述水解催化劑包括無機酸或有機酸。