[發明專利]基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201811552429.6
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109592689B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 張學同;王錦
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;C01B33/145
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠、制備方法及應用。所述氧化硅氣凝膠主要由線形有機硅寡聚物經縮聚、凝膠化、常壓干燥形成，其與水、油的接觸角均為0°，吸油量、吸水量均在100wt％以上。所述的制備方法包括：將有機硅氧烷、酸性水溶液與醇混合均勻并加熱，制備得到含線形有機硅寡聚物的溶膠前驅體；將所述的溶膠前驅體與稀釋劑混合，并加入催化劑，靜置后形成凝膠，之后再靜置老化；將老化后的凝膠機械粉碎、干燥，獲得氧化硅氣凝膠。本發明無需任何溶劑置換，也無須任何改性過程，也無須冷凍干燥或超臨界干燥，直接在常壓下干燥，與其他所有常壓干燥制備的氣凝膠相比，該氣凝膠不僅能夠吸油，還能吸收大量水。

技術領域

本發明涉及一種氧化硅氣凝膠，尤其涉及一種利用常壓干燥技術制備具有納米多孔結構的、基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠及其制備方法，以及其應用，屬于納米多孔材料技術領域。

背景技術

氣凝膠是一種多孔性的納米材料，是目前世界上質量最輕、隔熱性能最好的固體材料。由于氧化硅氣凝膠具有高比表面積(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低熱導率(0.013～0.038W/mk)等特點，使其在耐高溫隔熱、超低密度、聲阻抗耦合、氣體吸附和過濾、催化劑載體、藥物載體等領域具有非常重要的應用。

制備氧化硅氣凝膠的常用方法是超臨界干燥，例如已公開專利CN102583407A和CN102642842B，都公開了使用超臨界干燥制備氣凝膠的方法，其通過超臨界流體置換掉濕凝膠中的溶劑，最終干燥后能夠很好的保持凝膠原有的結構。但是，通常超臨界干燥需要用到特殊的設備，且需在高壓高溫下操作，一方面使用的設備昂貴，且操作困難，成本高；另一方面還存在重大的安全隱患。因此，雖然氣凝膠具有以上提及的優異性能，但是由于制備成本太高，從而限制了其在日常生活中的廣泛應用。

為此，目前業界研發人員大量研究的重點就著重于降低氧化硅氣凝膠的生產成本，例如已公開專利CN101503195、CN102020285A和CN103043673A分別公開了使用常壓干燥制備氣凝膠的方法：通過多次和多種溶劑交換將凝膠孔道內的液體交換成為低表面張力的溶劑，如正己烷等，再將孔道的表面改性為疏水性，大大減小了凝膠孔道內的毛細管力，從而在干燥的過程中凝膠的收縮很小，這樣基本上可以保持原有形態。但是，由于常壓干燥需要多次的凝膠孔道溶劑交換和表面疏水化處理，制備周期十分漫長，且操作繁瑣，因而很難實現產業化生產。

另一方面，通過常壓干燥法制備的氧化硅氣凝膠都必不可免地經過疏水化改性，即增加制備過程，又增加成本，且疏水化試劑帶來的污染及副產物等。此外，由于經過疏水化改性，迄今所有由常壓干燥法制備獲得的氧化硅氣凝膠都表現為超疏水性，雖然能吸收大量油，但不能吸收水。

發明內容

針對現有技術的不足和材料的局限性，本發明的主要目的在于提供一種超親水基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠及其常壓干燥制備方法。

本發明的又一目的在于提供前述超親水基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠的用途。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠的制備方法，其包括：

(1)將有機硅氧烷、酸性水溶液與醇混合均勻并加熱，制備得到含線形有機硅寡聚物的溶膠前驅體；

(2)將所述的溶膠前驅體與稀釋劑混合，并加入催化劑，靜置后形成凝膠，之后再靜置老化；

(3)將步驟(2)所獲老化后的凝膠機械粉碎、干燥，獲得氧化硅氣凝膠。

本發明實施例還提供了一種基于線形有機硅寡聚物的氧化硅氣凝膠，所述氧化硅氣凝膠主要由線形有機硅寡聚物經縮聚、凝膠化、常壓干燥形成。