[發(fā)明專利]基于化學(xué)氣相沉積制備疏水性二氧化硅氣凝膠的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210057414.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114477194B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬毓;張航;陳哲;唐瑾晨;楊明;高殷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): C01B33/158
• 分類號(hào): C01B33/158;C01B33/159
• 代理公司: 北京清大紫荊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11718
• 代理人: 秦亞群

本發(fā)明提供了一種基于化學(xué)氣相沉積制備疏水性二氧化硅氣凝膠的方法，包括：制備二氧化硅醇凝膠或二氧化硅水凝膠；進(jìn)行溶劑置換獲得二氧化硅濕凝膠球或二氧化硅濕凝膠塊；基于冷凍干燥方法，干燥獲得二氧化硅氣凝膠塊或二氧化硅氣凝膠粉末；基于化學(xué)氣相沉積法，用氣態(tài)硅氧烷疏水改性劑和含氨氣體催化劑進(jìn)行疏水改性，冷卻后獲得疏水性二氧化硅氣凝膠粉末或疏水性二氧化硅氣凝膠塊；疏水性二氧化硅氣凝膠塊粉碎、研磨獲得疏水性二氧化硅氣凝膠粉末。本發(fā)明設(shè)計(jì)的制備方法，使用安全環(huán)保的硅氧烷疏水改性劑，可以減少改性劑使用量，減少改性劑處理時(shí)間，大幅度降低疏水性二氧化硅氣凝膠的生產(chǎn)成本，大幅度提高二氧化硅氣凝膠的改性效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及疏水性材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于化學(xué)氣相沉積制備疏水性二氧化硅氣凝膠的方法。

背景技術(shù)

氣凝膠是一種輕質(zhì)納米固態(tài)材料，最常見(jiàn)的氣凝膠為疏水性二氧化硅氣凝膠，是一種防熱隔熱性能非常好的納米多孔三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的固體材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面積及超級(jí)絕熱性等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用在隔熱保溫、生物醫(yī)學(xué)、化工、新能源材料和微電子材料制造等領(lǐng)域。

目前，疏水性二氧化硅氣凝膠粉的制備方法包括兩種，第一種是將干燥后的具有疏水性的塊狀二氧化硅氣凝膠進(jìn)行粉碎研磨制備出氣凝膠粉體；第二種是將二氧化硅濕凝膠粉碎后進(jìn)行疏水改性，然后進(jìn)行真空干燥得到氣凝膠粉體。例如中國(guó)專利CN111960424A，公開(kāi)了一種超疏水的球形二氧化硅氣凝膠材料的制備方法，以水玻璃為硅源，通過(guò)球滴法形成球形二氧化硅濕凝膠，老化后再加入疏水改性液進(jìn)行表面改性，經(jīng)溶劑置換和干燥(常壓干燥、真空干燥或超臨界干燥)得到球形疏水改性氣凝膠。再例如中國(guó)專利CN?103523790A，公開(kāi)了一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)疏水氣凝膠的氣相化學(xué)表面修飾方法，采用超臨界流體干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣凝膠大規(guī)模生成。再例如中國(guó)專利CN111232992A，公開(kāi)了一種氣凝膠的改性方法，采用有機(jī)蒸汽與氣凝膠表面羥基化學(xué)接枝，通過(guò)紫外光照和高溫?zé)?200～250℃)處理得到改性氣凝膠。

上述幾種疏水性二氧化硅氣凝膠粉體的制備方法，一方面采用常壓干燥方法或超臨界干燥方法制備疏水性二氧化硅氣凝膠塊體及粉末，具有高耗能、危險(xiǎn)性大、難以工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題；另一方面往往需要使用昂貴的有機(jī)硅氧烷前驅(qū)體，或者消耗較多的改性劑如三甲基氯硅烷，且制備過(guò)程常使用正己烷為置換溶劑，具有毒性大、成本高，干燥過(guò)程溶劑蒸發(fā)作為廢氣排出造成污染問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高二氧化硅氣凝膠疏水改性效率，實(shí)現(xiàn)低成本、低毒性、低污染、安全生產(chǎn)疏水性二氧化硅氣凝膠的目的，本發(fā)明提供了一種基于化學(xué)氣相沉積制備疏水性二氧化硅氣凝膠的方法。

實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：一種基于化學(xué)氣相沉積制備疏水性二氧化硅氣凝膠的方法，包括以下步驟：

制備二氧化硅醇凝膠或二氧化硅水凝膠；

用置換溶劑對(duì)二氧化硅醇凝膠或二氧化硅水凝膠進(jìn)行置換，獲得二氧化硅濕凝膠球或二氧化硅濕凝膠塊；

基于冷凍干燥方法，對(duì)二氧化硅濕凝膠球或二氧化硅濕凝膠塊進(jìn)行干燥，獲得二氧化硅氣凝膠塊或二氧化硅氣凝膠粉末；

基于化學(xué)氣相沉積法，用氣態(tài)硅氧烷疏水改性劑和含氨氣體催化劑對(duì)二氧化硅氣凝膠粉末或二氧化硅氣凝膠塊進(jìn)行疏水改性，冷卻后獲得疏水性二氧化硅氣凝膠粉末或疏水性二氧化硅氣凝膠塊；

對(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠塊粉碎、研磨后獲得疏水性二氧化硅氣凝膠粉末。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的疏水性二氧化硅氣凝膠的制備方法的原理是：通過(guò)冷凍干燥方法或超臨界干燥方法干燥得到二氧化硅氣凝膠塊或二氧化硅氣凝膠粉末，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，采用低成本、安全無(wú)毒、低污染的氣態(tài)硅氧烷疏水改性劑，一方面可以大幅度降低疏水性二氧化硅氣凝膠粉末的生產(chǎn)成本，另一方面氣態(tài)硅氧烷疏水改性劑容易進(jìn)入二氧化硅氣凝膠粉末的孔隙內(nèi)，氣態(tài)硅氧烷疏水改性劑能夠提高對(duì)二氧化硅氣凝膠粉末的改性效率，可以提高改性效率。