[發明專利]一種以化學液相沉積制備雙硅源體系自疏水氣凝膠的方法

有效

• 申請號: 201810486582.7
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108467045B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 張磊;吳澤;楊春暉;李季
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;C01B33/159
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

一種以化學液相沉積制備雙硅源體系自疏水氣凝膠的方法，本發明涉及二氧化硅氣凝膠的制備方法。本發明是要解決現有的以含疏水基團的硅源制備的二氧化硅氣凝膠透光率差以及易碎或孔隙率、比表面積低的技術問題。本法：一、長鏈三烷氧基硅烷和正硅酸乙酯作為硅源配置前驅體溶液，加熱水解得到水解液；二、向水解液加堿液，靜置得到濕凝膠；三、把濕凝膠置于部分親水化的聚二甲基硅油的乙醇溶液中處理，再老化；四、溶劑置換；五、干燥，得到自疏水氣凝膠。本發明的氣凝膠的密度為0.15～0.2g/cm³，比表面積300～800m²/g，接觸角為156.22°～150°，可見光透過率為70％～90％，可用于隔熱保溫、污水處理領域。

技術領域

本發明涉及二氧化硅氣凝膠的制備方法。

背景技術

二氧化硅氣凝膠因具有高孔隙率、大比表面積、低密度等特點而在聲、光、熱、電等領域有很大的應用潛力。傳統的二氧化硅氣凝膠常采用正硅酸烷酯、水玻璃為硅源，經水解聚合后形成Si-O-Si鍵交聯的凝膠，凝膠經過老化、溶劑交換、改性后經常壓或超臨界干燥得到氣凝膠產品。但該工藝流程長，耗時多，且得到的氣凝膠力學性能差，無法實現原位自疏水。而以帶有一個不水解飽和烷基的三烷氧基硅烷(R₁-Si-(OR₂)₃)作硅源往往可以得到力學性能較好的氣凝膠，目前工藝采用的帶有一個飽和烷基的三烷氧基硅烷中的飽和烷基均為短鏈有機基團，如甲基、乙基。如公開號為CN106745004A的中國專利公開了一種低成本快速制備疏水二氧化硅氣凝膠的方法，該方法是將硅源、水和表面活性劑混勻得到前驅體溶液；向前驅體溶液中加入酸催化劑，調節pH水解得到溶膠；再向溶膠中滴加堿催化劑，滴加過程中不斷攪拌，調節pH，靜置凝膠，老化，常壓干燥，得到疏水二氧化硅氣凝膠。該方法的硅源為含疏水基團硅源或者是含疏水基團硅源與親水硅源的混合物。這其中含疏水基團硅源為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷；親水硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶膠或無機硅源。這種氣凝膠的制備過程中利用了甲基或乙基短鏈有機基團與水、乙醇等溶劑極性相近的特點，使得形成溶膠或凝膠。但是這種方法所得氣凝膠的透光率較差。同時氣凝膠的常壓干燥工藝往往與其凝膠時間有關，短時間快速凝膠可以得到高孔隙率、高比表面積氣凝膠，但是所得氣凝膠往往容易碎裂且成塊性差；凝膠時間過慢，由于初次粒子的過度生長，得到的氣凝膠雖然成塊性較好，但是孔隙率、比表面積均較低。

發明內容

本發明是要解決現有的以含疏水基團的硅源制備的二氧化硅氣凝膠透光率差以及易碎或孔隙率、比表面積低的技術問題，而提供一種以化學液相沉積制備雙硅源體系自疏水氣凝膠的方法。

本發明的以化學液相沉積制備雙硅源體系自疏水氣凝膠的方法，按以下步驟進行：

一、按中長鏈三烷氧基硅烷：正硅酸乙酯的摩爾比為(1.5～2.5):1混合做為硅源，再按硅源：乙醇：去離子水：鹽酸：表面活性劑的摩爾比1:(3～7):(2～3):(0.008～0.012):(0.0045～0.0055)配置前驅體溶液，然后將前驅體溶液放在溫度為30～90℃水浴中回流水解2～5h，然后自然冷卻至室溫，得到水解液；

二、按水解液與濃度為1～1.1mol/L氨水的體積比為10：(0.5～1.4)將水解液與氨水混合均勻，在攪拌條件下滴加堿液，滴加完畢后，再攪拌5～30min，轉移至密閉容器內于50℃恒溫箱中靜置至凝膠完全，得到濕凝膠；

三、將聚二甲基硅油(PDMS)置于臭氧中，以波長為240～260nm、光強為90～180uW/cm²的強紫外光照射5～30min，得到部分親水化的聚二甲基硅油；將部分親水化的聚二甲基硅油配制成乙醇溶液，再把濕凝膠置于聚二甲基硅油的乙醇溶液中保持2～5h；最后再將濕凝膠置于乙醇水溶液中保持12～24h實現老化；

四、將濕凝膠先以乙醇溶劑置換1～3次，每次6～12h，再以正己烷溶劑置換3～4次，每次6～12h，溶劑置換是在溫度為30～60℃的條件下進行的；