[發(fā)明專利]一種連續(xù)制備硼摻雜SiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710979694.1
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107662923B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李蒙蒙;陳曉星;余永祿;劉曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 加新科技(深圳)有限公司
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 張立娟

本發(fā)明公開了一種連續(xù)制備硼摻雜SiO₂氣凝膠的方法，屬于新型多孔材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明方法通過設(shè)定原料供給、溶膠制備、凝膠制備、溶劑置換、凝膠干燥以及廢料回收組成的制備系統(tǒng)，能夠大量連續(xù)生產(chǎn)硼摻雜SiO₂氣凝膠。本發(fā)明中，設(shè)備占地面積小、制備工藝連續(xù)可控、生產(chǎn)能耗降低、設(shè)備成本降低，人工成本降低。獲得硼摻雜SiO₂氣凝膠機(jī)械性能、透光性能、高溫穩(wěn)定性能良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型無機(jī)多孔材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)制備高機(jī)械強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、高透光性能、高熱穩(wěn)定性硼摻雜SiO₂氣凝膠的方法。

背景技術(shù)

SiO₂氣凝膠是一種典型三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米材料，具有比表面積大、孔隙率高、密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低、介電性能良好的性能。其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)使其在保溫隔熱、降低能耗、催化載體、油污吸附以及航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有SiO₂氣凝膠生產(chǎn)多采用有機(jī)硅(正硅酸乙酯、正硅酸甲酯)作為原料，在超臨界條件下進(jìn)行干燥生產(chǎn)。如專利CN103130231 B、CN1557778、 EP-A-0396376中已公開氣凝膠的生產(chǎn)工藝。但這些生產(chǎn)工藝原材料價(jià)格昂貴、工藝過程復(fù)雜，需要人工將凝膠放入超臨界反應(yīng)釜體中，嚴(yán)重影響了氣凝膠生產(chǎn)環(huán)境的安全性以及工藝的連續(xù)性。水玻璃作為一種價(jià)格低廉的工業(yè)產(chǎn)品，通過陽離子交換樹脂置換即可除去內(nèi)部大量的堿金屬離子，獲得硅酸溶膠，經(jīng)過堿性溶液調(diào)節(jié)pH值，即可獲得性能不同的濕凝膠。采用常壓干燥工藝一方面降低了氣凝膠生產(chǎn)過程中的能耗，另一方面降低了工人的操作步驟。使氣凝膠的生產(chǎn)成本降低，工藝過程連續(xù)，制備時(shí)間縮短。

然而，單一組分的SiO₂氣凝膠在高溫條件下熱學(xué)穩(wěn)定性能較差，尤其當(dāng)氣凝膠長期在溫度超過500℃使用時(shí)，SiO₂氣凝膠內(nèi)部紅外輻射傳熱加劇，熱量在氣凝膠內(nèi)部的傳輸速率加快，使氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)增大，導(dǎo)致氣凝膠結(jié)構(gòu)的破壞，限制了SiO₂氣凝膠在高溫條件下的應(yīng)用。

硼酸鹽通常在硼-硅玻璃中的應(yīng)用較為廣泛，由于其獨(dú)特性能理化性能，硼元素的存在可提升玻璃的機(jī)械性能以及高溫未定性能。硼元素的用量不同，硼-氧連接狀態(tài)不同，當(dāng)硼元素加入量低于15％時(shí)，此時(shí)硼元素以硼-氧四面體的形式存在，由于硼-氧鍵強(qiáng)較大，當(dāng)其與硅-氧鍵組合時(shí)，相應(yīng)會(huì)增加整體硅-氧網(wǎng)絡(luò)骨架的強(qiáng)度，導(dǎo)致氣凝膠的力學(xué)性能增加，尤其在高溫狀態(tài)下，硅-氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。當(dāng)硼元素?fù)搅看笥?5％時(shí)，硼元素部分以硼-氧平面三角形的形式存在于凝膠的網(wǎng)絡(luò)骨架之中，會(huì)降低溶膠的粘度，促使凝膠透光性能變好。

專利CN103785369 B、CN104326729B公開了采用氧化鈦和碳化硅作為摻雜物質(zhì)，制備硅基摻雜氣凝膠。但這些物質(zhì)以較大粒子的狀態(tài)存在于氣凝膠之間，嚴(yán)重影響氧化硅氣凝膠本身的物理性能。使其密度變大、孔隙率較低，對其導(dǎo)熱系數(shù)影響較大。而硼元素進(jìn)入氣凝膠的形式則以硼-氧骨架形式，對氣凝膠本身的物理性能影響較小。但其在氣凝膠中的存在可以明顯改善氣凝膠高溫狀態(tài)下的熱學(xué)與光學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種常壓干燥、價(jià)格低廉、過程可控、生產(chǎn)連續(xù)的硼摻雜SiO₂氣凝膠制備方法。獲得硼摻雜SiO₂氣凝膠具有機(jī)械性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，透光性良好的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種連續(xù)制備硼摻雜SiO₂氣凝膠的方法的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的設(shè)備整體呈層狀分布，其中包括供給水玻璃、有機(jī)硅源、硼的化合物、去離子水、無機(jī)酸、表面改性劑、凝膠調(diào)節(jié)劑、有機(jī)溶劑的原料供應(yīng)層；原材料混合、溶膠形成、凝膠產(chǎn)生的凝膠制備層；對凝膠進(jìn)行溶劑置換的交換層；通過常壓干燥工藝獲得氣凝膠的干燥層；廢棄有機(jī)溶劑和廢棄蒸汽的回收層。