[發明專利]一種親水二氧化硅氣凝膠微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201710170065.4
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107055556B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 趙永亮;朱曉敏;邱雄豪
• 申請（專利權）人: 上海特櫟材料科技有限公司
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 胡擁軍

本發明公開了一種親水二氧化硅氣凝膠微球的制備方法，具體地，該制備方法包括1)利用四烷氧基硅烷、含羥基的親水化合物加溶劑分散均勻，加酸后得到預聚體；2)分散于水相中自組裝；3)加堿后洗滌；4)干燥。該制備方法環境友好、操作簡單、成本低廉；該方法得到的親水二氧化硅氣凝膠微球具有較小孔的二氧化硅殼層和包裹在所述二氧化硅殼層內的具有較大孔結構的二氧化硅骨架。本發明還公開了一種親水二氧化硅氣凝膠微球，該親水二氧化硅氣凝膠微球具有較好的分散性能，應用于涂料中跟基體的附著力高。

技術領域

本發明涉及材料工藝技術領域，具體涉及一種親水二氧化硅氣凝膠微球及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是目前已知導熱率最低的材料，在隔熱材料領域具有較高的應用潛力。氣凝膠屬于超低密度(0.003-0.6g/cm³)、超高比表面積(400-1500m²/g)、超高孔隙率(80-99.8％)和超低熱導率(0.013-0.038W/mK)材料，通常通過超臨界、亞臨界和常壓干燥方法從凝膠材料的納米孔中萃取出溶劑而制。氣凝膠的孔洞尺寸一般在50納米以下，小于常溫常壓下空氣分子的平均自由程(70納米)，空氣分子之間的碰撞概率很低，很難實現熱傳導，所以氣凝膠材料是熱導率最低的超級絕熱材料。同時，氣凝膠在催化劑載體、有機溶劑或有機氣體吸附、色譜分離、化妝品添加劑等領域也有廣泛的應用。近年來，隨著各種復合技術的快速發展，氣凝膠復合材料開始在國防、工業甚至民生方面扮演越來越重要的角色。

二氧化硅氣凝膠首先由斯坦福大學的Kistler博士在1931年通過溶膠-凝膠法和超臨界干燥技術制得(Kistler,S.S.Nature 1931,127,741.)。近年來二氧化硅氣凝膠的研究也主要集中在德國、美國、法國、瑞典、日本等國的公司或大學。但是對二氧化硅氣凝膠的研究大多還處于起步階段，還沒法實現大規模的應用。這主要是因為二氧化硅氣凝膠產品在制備上存在技術難點。制備二氧化硅氣凝膠的一般思路是通過二氧化硅前驅體(有機硅醇鹽、水玻璃或四氯化硅)在醇溶劑中水解得到硅的醇溶膠，然后通過調節pH至中性，得到濕凝膠，也就是所謂的溶膠-凝膠法。第二步，也是最重要的一步，就是干燥技術的選擇，通常有超臨界干燥和常壓干燥。超臨界干燥的基本原理是在高壓容器內，調節容器內的溫度和壓力使其超過干燥介質的臨界點，這樣此前存在的氣/液界面就會消失，表面張力不復存在，干燥介質就會取代濕凝膠中的醇溶劑。所以在超臨界干燥的過程中可以有效避免氣凝膠骨架在干燥過程中的收縮和坍塌，因而得到的氣凝膠的性能比較優良。但是超臨界干燥的設備系統復雜，價格昂貴，經常需要在高溫高壓下工作，危險性高，同時生產成本也難以降低。例如在專利CN103706342A中公開的CO₂超臨界干燥壓力為8-12MPa，在專利CN101973558A中公開的乙醇超臨界干燥的溫度為250-275℃，壓力為9-13MPa。近年來國內外研究人員致力于常壓干燥制備氣凝膠材料，使反應條件溫和，降低生產的風險性和成本，實現氣凝膠的工業化生產。但是受限于溶膠-凝膠法的制備工藝，常壓干燥需要多次將孔道內的溶劑置換成低表面張力的溶劑(如正己烷、環己烷等)，還需要將孔道內表面進行疏水化處理(一般使用三甲基氯硅烷等疏水性改性劑)，這樣才能降低孔道內的毛細管力，保證在干燥過程中，氣凝膠骨架盡可能不收縮或坍塌。如專利CN101503195，CN102020285A和CN103043673A分別公開了常壓干燥制備氣凝膠的過程，但是生產周期長(數天到數周)，溶劑使用量大，操作冗繁，很難實現大規模生產應用。