[發明專利]一種無腐蝕SiO2氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201510343705.8
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN105236419B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 任富建;李建平;趙耀耀;李智;李路明;張登平
• 申請（專利權）人: 北京建工新型建材有限責任公司
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 鄭興旺

發明名稱一種無腐蝕SiO₂氣凝膠的制備方法摘要一種無腐蝕SiO₂氣凝膠的制備方法，采用溶膠凝膠兩步法，將工業水玻璃與去離子水的混合液經弱酸性陽離子交換樹脂交換去除Na⁺，得到pH=3.0~4.0的溶膠，溶膠靜置后用氨水對pH值進行調整得到濕凝膠，再將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的老化液中老化，將老化后的濕凝膠置于乙醇中進行溶劑置換，然后將溶劑交換過的濕凝膠置于六甲基二硅氮烷與乙醇的混合液中進行表面修飾，濕凝膠經修飾過后再置于乙醇中進行第二次溶劑置換，最后將濕凝膠置于二氧化碳超臨界干燥釜中進行超臨界干燥，制備出無腐蝕、產品性能優良、工藝成本低的二氧化硅氣凝膠。

技術領域

本發明涉及SiO₂氣凝膠的制備領域，具體涉及一種無腐蝕SiO₂氣凝膠的制備方法。

技術背景

氣凝膠是目前世界上已知最輕的固體，其孔隙率可高達99.8％，孔洞尺寸在1~100nm，比表面積可高達1590m²/g，體積密度可在3~500kg/m³之間變化，是一種高技術、綠色環保、高效節能的保溫材料，其熱導率常溫常壓下最低可達0.010W/(m·K)，是目前所知固態材料中熱導率最低的一種。由于氣凝膠的獨特結構和性能，該材料可望在航空、航天、工業節能、建筑節能、以及隔聲、減震、防爆、環保、儲能等廣泛的領域有巨大的應用前景。

SiO₂氣凝膠是最早被研究，也是目前最具應用前景的氣凝膠材料。其制備通常以有機硅為原料，并經超臨界工藝，將凝膠中的溶劑替換為空氣。有機硅源的成本高昂，因此目前一般采用價格低廉的水玻璃等為硅源制備氣凝膠。

紹興納諾科技有限公司專利CN101318659A（2008年），以水玻璃為硅源，制備溶膠與石英纖維板的復合凝膠，使用50倍體積的水清洗120小時，除去濕凝膠中的Na⁺，采用鹽酸作為酸催化劑，制備得到SiO₂氣凝膠纖維板。

株式會社德山專利CN103118979A（2011年），采用強酸性的陽離子交換樹脂去除水玻璃中的Na⁺，并采用鹽酸、硫酸對陽離子交換樹脂進行活化再生，制得一種SiO₂氣凝膠顆粒。

陜西得波材料科技有限公司專利CN102642841A（2012年），將水玻璃稀釋液經強酸性陽離子交換樹脂除去Na⁺，再使用1mol/L的HCl調節pH值到1~2，不用水洗直接進行溶劑置換，制得導熱系數為0.020~0.021W/(m·K)的SiO₂氣凝膠。

浙江大學專利CN103755152A（2013年），將水玻璃溶液經陽離子交換樹脂過濾，疏水改性時浸泡于六甲基二硅醚和鹽酸的混合液中，添加硫酸作為催化劑，制得SiO₂氣凝膠薄膜。

天津大學專利CN104478394A（2014年），以水玻璃為硅源，氫氟酸為催化劑、三甲基氯硅烷等烷基化試劑為疏水改性劑，將玻璃纖維與SiO₂氣凝膠復合制備出了SiO₂氣凝膠保溫板。

納諾科技有限公司專利CN 104556063 A（2015年），將有機硅酸鹽、無機硅酸鹽和水按比例混合后，用鹽酸、硫酸等調節pH使其凝膠。將凝膠在20~90℃的自來水中水洗1~24h，再將水凝膠轉入表面活性劑水溶液中浸泡1~24h，經干燥工藝制得氣凝膠。

從這些專利報道中可以看出，目前在氣凝膠的制備工藝過程中，有多個步驟會向最終產品中引入腐蝕性離子：

一是催化劑的使用。在已有的技術中，通常會加入氫氟酸、鹽酸或硫酸等作為酸催化劑，這會向其中引入腐蝕性的F^-、Cl^-或SO₄^2-。