一種低密度透明二氧化硅氣凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種低密度透明二氧化娃氣凝膠及其制備方法，屬于二氧化娃氣凝膠 材料制備技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 二氧化娃氣凝膠是一種高比表面積、低密度，且具有=維納米孔結(jié)構(gòu)的超輕多孔 材料，因而具有獨(dú)特的光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等優(yōu)良性能，在航空、航天、冶金、石油化工W 及節(jié)能建材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者及企業(yè)對(duì)氣凝膠的制備及應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，通常采用有 機(jī)娃作為娃源，利用溶融一凝膠工藝，經(jīng)過(guò)干燥處理后，即可形成二氧化娃氣凝膠。但是，因 為密度極低，比表面積極高，孔隙率可高達(dá)99%，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度特低、大塊狀氣凝膠成型困 難，且塊狀氣凝膠不易透明，制備過(guò)程中設(shè)及大量有毒有害原料，制備周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)天，極大 的限制了二氧化娃氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0004] 常用的疏水改性工藝多使用如=甲基氯硅烷、六甲基二娃氮燒改性劑改性，但浸 泡等改性方式不僅使得昂貴的改性劑利用率低，無(wú)法深入改性到氣凝膠內(nèi)部，且生成的副 產(chǎn)品具有毒性，安全性小，不利于環(huán)保生產(chǎn)。
[0005] 由于常規(guī)的氣凝膠生產(chǎn)方法中，無(wú)論是超臨界干燥還是常壓干燥，都需要將濕凝 膠中的水分子去除，否則在干燥過(guò)程中水的影響能使氣凝膠的部分空桐巧塌，無(wú)法成型得 到納米結(jié)構(gòu)氣凝膠。其使用的方法為溶劑浸泡交換，通常需要=次W上的長(zhǎng)時(shí)間溶劑交換 才能將水去除到影響較小的水平，使得生產(chǎn)周期長(zhǎng)，影響了氣凝膠的大規(guī)模工業(yè)化。
[0006] 中國(guó)專利CN101863479A提供了一種用高壓液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行超臨界干燥制備二氧化 娃氣凝膠的方法。此工藝突出優(yōu)點(diǎn)是原材料易得、工藝簡(jiǎn)單、成本低，解決了Si化氣凝膠干 燥時(shí)容易出現(xiàn)縮裂等問(wèn)題且難W透明，然而，材料本身的疏水性不夠好，材料強(qiáng)度較低，導(dǎo) 致材料的使用壽命較短，且難于規(guī)?；a(chǎn)。中國(guó)專利CN101372337提供了一種共前驅(qū)體 法常壓干燥制備透明二氧化娃氣凝膠的方法。提供了一種成本低廉、反應(yīng)過(guò)程可控及其可 W連續(xù)化生產(chǎn)的共前驅(qū)體法常壓干燥工藝，然而在干燥階段，對(duì)溫度控制的要求精度較高， 材料柔初性還有待提高，孔隙率較小，比表面積較小，常壓法難W制得完整成塊的氣凝膠。 中國(guó)專利CN1669921提供了一種W稻殼灰為原料常壓干燥制備二氧化娃氣凝膠的方法。其 最突出優(yōu)點(diǎn)是W廢稻殼為原料，降低了生產(chǎn)原料的成本，同時(shí)采用常壓干燥工藝，降低了危 險(xiǎn)性。為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)提供了一條全新的思路，主要不足之處在于過(guò)程控制中會(huì)設(shè)及到 強(qiáng)堿，廢棄物對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定污染，不夠環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種低密度透明二氧化娃氣凝膠及其 制備方法，其特點(diǎn)是制備具有高絕熱性能、可控密度、高疏水性、工藝操作簡(jiǎn)單、無(wú)有毒害廢 料排放的低密度透明的二氧化娃氣凝膠及其制備成為板材、與W二氧化娃氣凝膠為基體， W=甲基娃氧基做疏水修飾的新型復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)（25°C)不大于0. 013W/m?K，透 明度高，相對(duì)密度在15~lOOmg/cm3,燃燒性能等級(jí)高，制備工藝簡(jiǎn)單周期短、生產(chǎn)成本低廉 過(guò)程環(huán)保、耐老化腐蝕且性能優(yōu)異，使用壽命長(zhǎng)。
[0008] 本發(fā)明的目的由W下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為摩爾 份數(shù)。
[0009] 低密度透明二氧化娃氣凝膠的起始原料由W下組分制成，
[0010] 氣凝膠包含W下兩種結(jié)構(gòu)單元：M基團(tuán)為（C冊(cè))3Si〇i/2,Q基團(tuán)為Si〇4/2,其中M: Q的摩爾比為0.5~5 :100;M基團(tuán)均勻分布在整個(gè)氣凝膠S維結(jié)構(gòu)中。
[0011] 低密度透明二氧化娃氣凝膠的制備方法包含W下步驟：
[0012] 1)將水，酒精，六甲基二硅氧烷，反應(yīng)催化劑按摩爾比為1:2~6: 0.003~ 0. 03 : 0. 0003混合后加入反應(yīng)蓋中；
[001引。反應(yīng)蓋內(nèi)溫度為40~60。在攬拌下，滴加水：有機(jī)娃源的摩爾比為1 : 0. 2~0. 5,反應(yīng)0. 5~化，冷卻至室溫，得到均勻MQ結(jié)構(gòu)的娃溶膠體系；
[0014] 3)在上述娃溶膠體系中加入氨氣酸，調(diào)節(jié)抑值至4. 5~5. 5,于溫度20~50°C， 反應(yīng)3~1化得到MQ結(jié)構(gòu)的娃凝膠；
[0015] 4)在上述的娃凝膠中加入摩爾比為1 : 10的正娃酸乙醋和酒精混合溶液，在溫度 20°C~50°C環(huán)境下老化化~1化之后，棄去老化液；
[0016] 5)將上述老化后的二氧化娃濕凝膠進(jìn)行超臨界干燥，得到低密度透明的二氧化娃 氣凝膠。
[0017] 所述有機(jī)娃源為正娃酸甲醋、正娃酸乙醋或聚娃酸乙醋中的任一種。
[0018] 所述反應(yīng)催化劑為鹽酸或氨水。
[001引性能測(cè)試：
[0020] 1.采用多孔固體密度測(cè)試儀測(cè)定密度；詳見(jiàn)表1所述，結(jié)果表明，所制得氣凝膠相 對(duì)密度為15~50mg/cm3。
[0021] 2.采用.化tdisk熱分析儀測(cè)導(dǎo)熱率TPS2500測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)。詳見(jiàn)表1所述，結(jié)果 表明，所制得氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)為0. 012~0. 025W/(m?K) (25°C)。
[0022] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 采用有機(jī)娃源與六甲基二硅氧烷在加熱條件下共水解，形成了可控比例的具有MQ 結(jié)構(gòu)（配比為0.5~5 :100)的娃溶膠體系，實(shí)現(xiàn)了氣凝膠體系整體結(jié)構(gòu)的改性，氣凝膠 疏水性能優(yōu)異，耐老化腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。
[0024] 本發(fā)明無(wú)需用溶劑浸泡交換濕凝膠中的水，由于濕凝膠的特殊結(jié)構(gòu)，只需老化步 驟的同時(shí)，用老化液的置換效果即可，與一般的3次W上的溶劑交換工藝相比，大幅縮短了 工藝流程。而且所用到的老化液，安全性比其他方法所用的有機(jī)溶劑如丙酬、正己燒等毒性 小得多。
[00巧]采用超臨界干燥處理工藝，能最大程度的保證氣凝膠的結(jié)構(gòu)完整，孔隙結(jié)構(gòu)巧塌 少，體積收縮小，使材料擁有最佳成型性、透明性W及隔熱性能。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人 員可W根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 低密度透明二氧化娃氣凝膠的起始原料由W下組分制成：
[0029] 氣凝膠包含W下兩種結(jié)構(gòu)單元：M基團(tuán)為（C冊(cè))3Si〇i/2,Q基團(tuán)為Si〇4/2,其中M: Q的摩爾比為0.5 :100;M基團(tuán)均勻分布在整個(gè)氣凝膠S維結(jié)構(gòu)中。
[0030] 低密度透明二氧化娃氣凝膠的制備方法包含W下步驟：
[0031] 1)將水，酒精，六甲基二硅氧烷，反應(yīng)催化劑鹽酸按摩爾比為1 : 2 : 0.003 : 0. 0003混合后加入反應(yīng)蓋中；
[003引。反應(yīng)蓋內(nèi)溫度為