[發明專利]一種常壓下制備柔性二氧化硅氣凝膠的方法

有效

• 申請號: 201910260035.1
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110182816B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 武利民;涂書畫;尹全義
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;B01J13/00;B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明屬于材料技術領域，具體為一種常壓下制備柔性二氧化硅氣凝膠的方法。本發明以油包水乳液為聚合模板，將兩種有機硅烷溶解在油相中作為聚合單體和乳液的穩定劑，再將制備好的乳液加熱聚合后放在溶劑中浸置，接著常壓下在鼓風干燥箱中干燥，便可得到具有柔性的二氧化硅氣凝膠。本發明不需要通過超臨界二氧化碳或冷凍干燥技術，在常壓下即可制備高孔隙率的柔性二氧化硅氣凝膠，大大降低了生產成本，所制備氣凝膠在油水分離領域表現出優越性能。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體為一種常壓下制備柔性二氧化硅氣凝膠的方法。

背景技術

氣凝膠被認為是世界上最輕的固體材料。因其超高的孔隙率和獨特的孔結構，氣凝膠在隔熱、吸附分離、催化劑及催化劑載體、光學器件、電學器件等方面有著諸多重要的應用。氣凝膠包括二氧化硅氣凝膠，石墨烯氣凝膠，纖維氣凝膠等，這些氣凝膠的制備通常是采用sol-gel過程制備濕凝膠，然后將濕凝膠內的溶劑置換為空氣后得到氣凝膠。其置換干燥過程通常需要采用超臨界二氧化碳或冷凍干燥，否則材料內的空隙會由于毛細力的作用坍塌，無法制備氣凝膠。而超臨界二氧化碳干燥和冷凍干燥技術存在價格高，不安全和不環保等問題，使得氣凝膠的生產成本高，不利于氣凝膠的大規模生產制備。且采用正硅酸乙酯為硅源制備的二氧化硅氣凝膠質地非常脆，不堪重壓。基于此，我們設計了一種在常壓下就能制備柔性二氧化硅氣凝膠的高效廉價方法。具體過程是將兩種烷基硅氧烷的預聚體溶于油相，然后制備油包水的乳液，再將乳液聚合后放在溶劑中浸置，最后鼓風烘箱干燥就可以得到柔性的二氧化硅氣凝膠，這種氣凝膠在油水分離領域表現出優異性能，對于二氯甲烷的吸收容量超過2000%，吸附飽和時間在10 s內，吸附循環次數超過40次。

發明內容

本實驗旨在發明一種在常壓下制備柔性二氧化硅氣凝膠的方法，可以避免使用超臨界二氧化碳設備和冷凍干燥設備，大大地降低生產成本，且所制備的氣凝膠在油水分離領域表現出優異的性能。

本發明提出了一種在常壓下制備柔性二氧化硅氣凝膠的方法，其基本步驟是，將兩種烷基硅氧烷的預聚體溶于油相，然后制備油包水的乳液，再將乳液聚合后放在溶劑中浸置，最后鼓風烘箱干燥就可以得到柔性的二氧化硅氣凝膠。具體步驟如下：

（1）將有機硅預聚體a及其固化劑按比例混合，然后加入作為穩定劑的有機硅預聚體b，混合均勻作為油相，將所得油相加入到油相溶劑中，混合均勻，得到油相混合物；其中：有機硅預聚體a及其固化劑占油相比例為5~50wt%，有機硅預聚體ｂ占油相比例為10~60wt%，其余為溶劑，油相總重量為100wt%；

（2）將pH為1~14的適量水加入到步驟（1）所得油相混合物中，經過均質或超聲后得到乳液，乳液內相體積分數為50~80%；

（3）將步驟（2）得到的乳液轉移到反應釜中聚合，得到聚合產物，聚合溫度為0~200℃，反應時間為1~24h；

（4）將步驟（3）得到的聚合產物放入溶劑中浸置2~24h，然后放入鼓風烘箱中干燥，即得到柔性二氧化硅氣凝膠。

本發明中，所述有機硅預聚體a為苯基三甲氧基硅烷預聚體、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷預聚體、二甲基二乙氧基硅烷預聚體、正硅酸乙酯預聚體、十六烷基三甲氧基硅烷預聚體或異丁基三乙氧基硅烷預聚體中一種或幾種。

本發明中，所述有機硅預聚體b具有超支化結構，能夠在水解縮合后發生交聯，起到增強作用，具體為苯基三甲氧基硅烷預聚體、二甲基二乙氧基硅烷預聚體、正硅酸乙酯預聚體、十六烷基三甲氧基硅烷預聚體或異丁基三乙氧基硅烷預聚體中任一種。

本發明中，步驟（１）中步驟（１）中所述固化劑為一種硅氫鍵封端的硅烷偶聯劑，有機硅預聚體a與其固化劑之間的比例為10:1，所述油相溶劑正已烷。

本發明中，步驟（２）所得到的乳液為油包水型乳液。

本發明中，步驟（４）中所述溶劑為乙醇、丙酮或四氫呋喃中任一種。