[發(fā)明專利]一種疏水高彈性甲基硅倍半氧烷氣凝膠塊體及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710887777.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN108002749B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭興忠;單加琪;雷偉;賴中掌;張?jiān)?/a>;王愛國;丁榮華;李建革;鄒東偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇泛亞微透科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B26/32
• 分類號(hào): C04B26/32;C04B38/00
• 代理公司: 常州市天龍專利事務(wù)所有限公司 32105
• 代理人: 翟丹丹

本發(fā)明公開了一種疏水高彈性甲基硅倍半氧烷氣凝膠塊體及其制備方法，氣凝膠塊體為采用甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷作為共前驅(qū)體，鹽酸溶液HCl作為溶劑和催化劑，十六烷基三甲基氯化銨作為分散劑的復(fù)合物；制備方法包括以下步驟：將十六烷基三甲基氯化銨加入到鹽酸溶液中，然后加入前驅(qū)體，密閉條件下磁力攪拌后，加入凝膠促進(jìn)劑，再次攪拌后置于烘箱中凝膠、陳化；對(duì)步驟1）形成的凝膠采用異丙醇進(jìn)行至少兩次溶劑置換，得到溶劑置換后的凝膠；將溶劑置換后的凝膠置于烘箱中進(jìn)行干燥，得到完整的疏水高彈性甲基硅倍半氧烷氣凝膠塊體。通過上述方式，本發(fā)明可以在常壓干燥的條件下獲得具有良好疏水性、高彈性的甲基硅倍半氧烷氣凝膠塊體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣凝膠材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種疏水高彈性甲基硅倍半氧烷氣凝膠塊體及其制備方法。

背景技術(shù)

二十世紀(jì)初期,人們認(rèn)為氣凝膠是由溶膠-凝膠過程和超臨界干燥過程制備得到的具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，將蒸發(fā)干燥得到的稱之為干凝膠，將冷凍干燥得到的稱之為冷凍凝膠。現(xiàn)在，人們認(rèn)為氣凝膠制備過程的干燥工藝并非一定是超臨界干燥，無論采用何種干燥技術(shù)，只要將濕凝膠網(wǎng)絡(luò)中的液體由氣體取代，同時(shí)凝膠的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保持不變,這種由固體和氣體組成的材料就稱之為氣凝膠。

二氧化硅氣凝膠是由相互連接的納米粒子形成的具有獨(dú)特納米三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的低密度、多孔納米固體材料。SiO₂氣凝膠具有的獨(dú)特納米三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)使其呈現(xiàn)許多優(yōu)異的性能，如低體積密度、高比表面積(400~1500 m²/g)、高孔隙率(85%~99.8%)、低熱導(dǎo)率(0.02 W·m^-1·K^-1)、低折射率(1.0~1.08)、低介電系數(shù)(1.0~2.0)及低聲速(100m/s)等，使其有望在高效隔熱、隔音吸聲、催化劑載體、吸附分離、藥物載體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。但是，纖細(xì)脆性的多孔結(jié)構(gòu)所帶來的強(qiáng)度低、韌性差等缺點(diǎn)又極大限制了氣凝膠材料的應(yīng)用。因此，如何提高材料的強(qiáng)度已經(jīng)成為二氧化硅氣凝膠材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)的二氧化硅氣凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)骨架進(jìn)行結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)是其中一種較為行之有效的提高材料強(qiáng)度的方法，其主要的原理是：使得Si-O網(wǎng)絡(luò)中部分的Si-O-Si鍵被Si-CH₃取代，將甲基引入到三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)中，甲基的存在一方面減少了傳統(tǒng)二氧化硅氣凝膠表面的羥基含量，另一方面甲基之間的相互作用有利于提高網(wǎng)絡(luò)骨架的韌性。這種對(duì)二氧化硅氣凝膠進(jìn)行甲基改性得到的氣凝膠被稱為甲基硅倍半氧烷(MSQ)氣凝膠，這種MSQ氣凝膠不僅具有傳統(tǒng)二氧化硅氣凝膠的優(yōu)異性能，同時(shí)具有柔韌性以及超疏水性等其它一些傳統(tǒng)二氧化硅氣凝膠所不具備的性能。

Gen H, Kazuyoshi K, Masashi F等人（Gen H, Kazuyoshi K, Masashi F, etal. Facile Synthesis of Marshmallow-like Macroporous Gels Usable under HarshConditions for the Separation of Oil and Water[J]. Angew. Chem. Int. Ed,2013, 52: 1986-1989.）以甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷為共前驅(qū)體，使用醋酸作為溶劑和催化劑，十六烷基三甲基氯化銨作為分散劑，尿素作為凝膠促進(jìn)劑，酸堿兩步法制備得到了高彈性MSQ氣凝膠。但是這種方法在生產(chǎn)中存在一定的局限性，尿素作為凝膠促進(jìn)劑雖然能夠起到緩慢提高ph的作用，但是在制備過程中大量尿素會(huì)殘留在MSQ氣凝膠中，引入大量的雜質(zhì)，從而影響MSQ氣凝膠的純度和性能。本發(fā)明在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用1,2-環(huán)氧丙烷作為凝膠促進(jìn)劑，一定濃度的鹽酸作為催化劑，常壓干燥制備得到了疏水高彈性的MSQ氣凝膠，1,2-環(huán)氧丙烷會(huì)與鹽酸發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，均勻提高體系的ph，同時(shí)1,2-環(huán)氧丙烷并不會(huì)殘留，而是進(jìn)入到凝膠液相中，在干燥過程中去除，與此同時(shí)，鹽酸相較于醋酸具有更低的成本，有利于工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容