[發明專利]一種制備毫米級二氧化硅氣凝膠球的方法

有效

• 申請號: 201410369410.3
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104163431A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 余煜璽
• 申請（專利權）人: 余煜璽
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明屬于納米多孔材料領域，具體涉及一種制備毫米級二氧化硅氣凝膠球的方法。

背景技術

SiO₂氣凝膠是一種三維網絡結構、耐高溫、輕質、透明、低密度的新型納米多孔材料。可用于建筑節能材料、保溫隔熱材料、運輸工具、冷藏器具等，具有廣泛的應用前景。

二氧化硅氣凝膠球，氣孔分布均勻，各向同性好、應力應變均勻，摩擦系數小，流動性好，填充到復合材料中不易引起應力集中，大大改善了材料的彈塑性變形能力，也提高了使用效率。由于SiO₂氣凝本身的脆性，形狀不易控制，球磨后為不規則形狀粉末，流動性差。使用模具制備出的醇凝膠很容易開裂，特殊形狀的需求對微加工工藝也提出了更高的要求。這些問題使得SiO₂氣凝膠在實際應用中受到制約。目前很難大批量制備出毫米級別的二氧化硅氣凝膠球。

現有技術中，“一種TiO₂/二氧化硅氣凝膠球及其制備方法”(專利公開號為CN?1546225?A)的中國專利，其成球工藝為：成球凝膠形成容器中裝有氨水，表面活性劑和煤油，將溶劑向凝膠形成容器中滴加。其制備工藝中使用氨水量大，溶膠不容易成球，油相不易回收再利用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種制備毫米級二氧化硅氣凝膠球的方法。

本發明的具體技術方案如下：

一種制備毫米級二氧化硅氣凝膠球的方法，包括如下步驟：

(1)按如下摩爾比配制二氧化硅醇溶膠：硅源:醇:水:酸＝1:4～10:2～6:(2～20)×10^-5；

(2)配制濃度為0.3～0.5mol/L的氨水，該氨水與上述二氧化硅醇溶膠的體積比為1～4:1～4，并能夠使該氨水與二氧化硅醇溶膠混合后在50～60s內形成凝膠；

(3)將上述氨水和二氧化硅醇溶膠通過蠕動泵進入靜態混合器混合，再經靜態混合器的大小為19～24G的多孔噴頭一滴一滴的從底部流入盛有大豆油和乙醇的凝膠形成容器內(該凝膠形成容器內盛滿大豆油，頂部加少量乙醇)，形成毫米級別的二氧化硅凝膠球；具體來說，由于兩相密度差，從凝膠形成容器底部流出的硅溶膠在油相中上升，同時，由于表面張力的作用，硅溶膠在油相中上升的過程中完成溶膠凝膠，最終懸浮在油相之上和乙醇之下，當制備到一定量時，伴隨著輕微攪拌，打開出料口，將二氧化硅凝膠球放出；

(4)將上述二氧化硅凝膠球經乙醇清洗、乙醇老化和固液分離后，進行超臨界干燥，得成品，該超臨界干燥的具體過程如下：在上述固液分離后的二氧化硅凝膠球中倒入乙醇，沖掃氮氣，并將釜內壓力提高到1～1.5Mpa，以0.5～3.0℃/min的速率升溫至255～270℃，保溫10～15min，此時高壓釜壓力為8～20MPa，然后以0.05～0.3℃/min的速率進行卸壓，卸壓后沖掃氮氣,，自然冷卻至50℃以下，打開高壓釜即得成品。

在本發明的一個優選實施方案中，所述步驟(1)具體為：將乙醇分為兩部分，一部分用以將酸配制成0.1～0.15mol/L的酸醇溶液，另一部分與硅源和水快速混合攪拌，再在其中滴加入上述酸醇溶液，室溫放置2～200h進行水解，即得二氧化硅醇溶膠。

在本發明的一個優選實施方案中，所述硅源為正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述醇為乙醇，丙醇或正丁醇；所述酸為乙酸，甲酸，鹽酸或硫酸。

在本發明的一個優選實施方案中，所述步驟(3)中的氨水和二氧化硅醇溶膠的流速比為1～3:1～3。

在本發明的一個優選實施方案中，所述步驟(4)的乙醇清洗的次數為3～4次，每次12～14h。

在本發明的一個優選實施方案中，所述乙醇老化的時間為1～3d。

在本發明的一個優選實施方案中，所述步驟(5)的超臨界干燥的具體過程如下：在上述固液分離后的二氧化硅凝膠球中倒入乙醇，沖掃氮氣10～15min，并將釜內壓力提高到1Mpa，以0.5～2.5℃/min的速率升溫至260℃，保溫10～15min，此時高壓釜壓力為13～18MPa，然后以0.05～0.25℃/min的速率進行卸壓，卸壓后沖掃氮氣20～25min，自然冷卻至50℃以下，打開高壓釜即得成品。

本發明的有益效果是：

1、本發明方法結合溶膠凝膠技術和乙醇超臨界干燥技術制備的毫米級別二氧化硅氣凝膠球方法簡單，工藝簡單，小成本低廉，產量大；