[發(fā)明專利]用于生產(chǎn)氣凝膠的方法以及使用所述方法獲得的氣凝膠

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202180032868.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115551803A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 達(dá)米安·亨特曼;尼爾斯·莫爾德斯;曼弗雷德·倫納;安德烈亞斯·森格斯佩克;埃克哈德·魏德納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)
• 主分類號(hào): C01B33/158
• 分類號(hào): C01B33/158;B01J13/00
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 陳偉秋

本發(fā)明涉及用于使用溶膠?凝膠工藝生產(chǎn)氣凝膠的方法，其中首先由至少兩種前體溶膠形成液凝膠以及然后將所述液凝膠轉(zhuǎn)化為氣凝膠。

本發(fā)明涉及生產(chǎn)氣凝膠的技術(shù)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于使用溶膠-凝膠工藝生產(chǎn)氣凝膠的方法。

此外，本發(fā)明涉及氣凝膠，其特別是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法可獲得的，以及它們的用途，特別是作為絕緣材料或在絕緣材料中。

此外，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氣凝膠的設(shè)備。

最后，本發(fā)明涉及用于使用溶膠-凝膠工藝生產(chǎn)液凝膠的方法。

氣凝膠是高度多孔的固體，其體積可由最高達(dá)99.98％的孔組成。氣凝膠通常包括樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，具有部分鏈的強(qiáng)分支，使得形成很多間隙，特別是呈開(kāi)孔的形式。鏈具有大量接觸點(diǎn)，使得形成穩(wěn)定的、海綿狀結(jié)構(gòu)。孔徑通常在納米范圍內(nèi)并且內(nèi)表面積可以最高達(dá)1,000m²/g或更多。氣凝膠可以由各種材料，諸如二氧化硅，塑料或碳，以及天然有機(jī)聚合物，諸如藻酸酯，或金屬氧化物組成。

由于其高孔隙率，氣凝膠通常被用作絕緣材料，例如用于絕熱目的，或作為過(guò)濾器材料。類似地，氣凝膠還被用作儲(chǔ)存材料，例如用于液體或氣體。

氣凝膠是納米結(jié)構(gòu)的、開(kāi)孔的固體，其通常通過(guò)溶膠-凝膠工藝生產(chǎn)。

氣凝膠通常通過(guò)干燥膠狀的凝膠生產(chǎn)，主要為濃縮的硅酸。用硅酸和類似的起始原料，諸如二氧化硅溶膠、硅烷水解產(chǎn)物或硅酸鹽獲得的氣凝膠包括SiO₂結(jié)構(gòu)單元并且通常被稱為二氧化硅氣凝膠。Steven Kistler在1931/1932年完成了二氧化硅氣凝膠的首次合成，當(dāng)時(shí)他是第一個(gè)開(kāi)發(fā)干燥凝膠的方法的人，凝膠沒(méi)有示出任何收縮(Kistler S.S.,The Journal of Physical Chemistry 1932,36(1):Coherent expanded Aerogels,pp.52-64)。在Kistler開(kāi)發(fā)的方法中，使用水玻璃作為起始原料，在第一步驟中通過(guò)用礦物酸酸化，從水玻璃獲得二氧化硅水凝膠。在下一步驟中，該凝膠通過(guò)洗滌而沒(méi)有堿金屬離子。然后將水凝膠中包含的水完全交換為乙醇或甲醇。這之后是在加壓釜中超臨界干燥所得的醇凝膠。

同時(shí)，開(kāi)發(fā)了另外的方法，諸如DE 18 11 353 A中描述的方法。DE 18 11 353 A公開(kāi)了用于生產(chǎn)二氧化硅氣凝膠的方法，其中四乙氧基硅烷(TEOS)用精確計(jì)量的量的水和催化劑在甲醇或乙醇中水解。在水解期間，呈醇凝膠形式的SiO₂凝膠在醇和水的斷裂下形成。然后在加壓釜中超臨界干燥醇凝膠。該方法還可用于從三聚氰胺甲醛樹(shù)脂和間苯二酚甲醛樹(shù)脂生產(chǎn)有機(jī)氣凝膠。在超臨界干燥技術(shù)中，待干燥的凝膠經(jīng)受至少達(dá)到所用溶劑的臨界點(diǎn)的溫度和壓力條件。

基于所用溶劑的超臨界條件，這樣的超臨界干燥技術(shù)的缺點(diǎn)是溫度和壓力條件和不連續(xù)的操作方式。例如，當(dāng)干燥含水凝膠時(shí)，需要至少370℃的溫度和至少220巴的壓力。當(dāng)干燥包含甲醇的凝膠時(shí)，需要至少240℃的溫度和至少81巴的壓力。

這種超臨界干燥工藝的替代方案是使用壓縮的二氧化碳。例如，用超臨界二氧化碳干燥的方法公開(kāi)于EP 171 722 A中。在這種工藝中，在超臨界干燥之前將有機(jī)溶劑交換為液體二氧化碳。然后用CO₂進(jìn)行的超臨界干燥發(fā)生在低的多的溫度下，例如在31.1℃的臨界溫度以及73.9巴的二氧化碳的臨界壓力下。

工業(yè)上，通常使用Cabot法生產(chǎn)氣凝膠。例如，這在DE 19 648 798 A和DE 69 903913 T2中描述。出于此目的，稀釋的硅酸鈉與鹽酸在60至80℃下反應(yīng)，其中凝膠化時(shí)間，即凝膠形成所需的時(shí)間，可以設(shè)置為幾分鐘。為了使凝膠凝固和熟化，然后將凝膠在80至100℃下回火。老化時(shí)間規(guī)定為30分鐘。在老化過(guò)程期間或之后，洗滌凝膠直到洗滌水不含電解質(zhì)。