疏水二氧化硅氣凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通過(guò)使用同時(shí)進(jìn)行洗涂和干燥W及溶劑置換的索氏提取法而用于制 備疏水二氧化娃氣凝膠的方法和通過(guò)使用該方法制備的疏水二氧化娃氣凝膠。
【背景技術(shù)】 陽(yáng)00引作為具有約85 %至99. 9 %的孔隙率和約1皿至約100皿的孔徑的高比表面積 (500m2/g^上）、超多孔的材料，氣凝膠具有優(yōu)異的特性，例如超輕重量、超高絕熱性和超低 介電常數(shù)。由于所述優(yōu)異的物理性能，已經(jīng)積極地進(jìn)行氣凝膠作為透明絕熱體和環(huán)境友好 的高溫絕熱體、用于高集成器件的超低介電薄膜、催化劑和催化劑載體、用于超級(jí)電容的電 極和用于脫鹽作用的電極材料的應(yīng)用研究，W及氣凝膠材料的開(kāi)發(fā)。
[0003] 所述氣凝膠的最大優(yōu)點(diǎn)為具有0. 300W/m·KW下的導(dǎo)熱率的超級(jí)絕熱性，其導(dǎo)熱 率低于有機(jī)絕熱材料（如典型的泡沫聚苯乙締）的導(dǎo)熱性。由于低的導(dǎo)熱率，可能需要應(yīng) 對(duì)火災(zāi)易損性和在著火的情況下產(chǎn)生毒氣，即，典型的有機(jī)絕熱材料的致命弱點(diǎn)。
[0004] 一般而言，濕凝膠是由二氧化娃前體（如水玻璃或四乙氧基硅烷（TE0巧）制備的， 然后通過(guò)在不破壞其微結(jié)構(gòu)的情況下除去在所述濕凝膠中的液體組分而制備氣凝膠。通過(guò) 上述方法制備的二氧化娃凝膠被制備成Ξ種形式：粉末、顆粒和塊狀料，W及主要制備成粉 末形式。 陽(yáng)〇化]二氧化娃氣凝膠粉末可W通常通過(guò)與纖維復(fù)合W如下形式商業(yè)化，例如，氣凝膠 墊或氣凝膠片。此外，由于通過(guò)使用二氧化娃氣凝膠制備的墊或片具有柔性，其可W被彎 曲、折疊，或者被切割成預(yù)定的尺寸或形狀。因此，所述二氧化娃氣凝膠可W被用于家庭用 品，如夾克或鞋子，W及工業(yè)用途，如液化天然氣（LNG)管道的絕熱面板、工業(yè)絕熱材料和 航天服、交通運(yùn)輸和用于發(fā)電的絕熱材料。此外，在其中二氧化娃氣凝膠被用于家庭（如公 寓）的防火口W及屋頂或地板的情況下，其在防火方面具有顯著的效果。
[0006] 氣凝膠制備工藝的核屯、技術(shù)為能夠通過(guò)干燥而不收縮且同時(shí)保持濕凝膠的結(jié)構(gòu) 而制備凝膠的干燥技術(shù)。典型的干燥方法可W包括超臨界干燥。然而，超臨界干燥不僅制 備成本高，而且由于高壓還具有高風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于超臨界干燥為使用其中不能實(shí)施連續(xù)工 藝的高壓蓋的工藝，就經(jīng)濟(jì)因素、穩(wěn)定性和工藝的連續(xù)性而言，所述超臨界干燥存在許多局 限。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 陽(yáng)00引專利文獻(xiàn)
[0009](專利文獻(xiàn)1)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)公布第2012-0070948(公開(kāi)日期：2012年7月2 日）。

【發(fā)明內(nèi)容】
W10] 巧術(shù)間顆
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于制備疏水二氧化娃氣凝膠的方法，其中，具有 優(yōu)異的振實(shí)密度和比表面積的疏水二氧化娃氣凝膠可w通過(guò)使用索氏提取法制備，所述索 氏提取法可W同時(shí)進(jìn)行洗涂和干燥，W及溶劑置換。
[0012] 本發(fā)明的另一方面提供了通過(guò)上述方法制備的疏水二氧化娃氣凝膠。
[0013] 本發(fā)明的另一方面提供了包含通過(guò)上述方法制備的疏水二氧化娃氣凝膠的墊。
[0014] 巧術(shù)方案
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制備疏水二氧化娃氣凝膠的方法，所述 方法包括W索氏提取法提取疏水二氧化娃濕凝膠。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其提供了通過(guò)所述方法制備的疏水二氧化娃氣凝膠。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其提供了包含通過(guò)所述方法制備的疏水二氧化娃氣凝膠 的墊。 陽(yáng)酬 有益效果
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的制備方法可W同時(shí)進(jìn)行疏水二氧化娃濕凝膠的洗涂和干燥，W及溶 劑置換。此外，由于提取溶劑可W通過(guò)自然干燥且無(wú)需額外的分離工藝而除去，可W容易地 制備具有改善的振實(shí)密度和比表面積的疏水二氧化娃氣凝膠。
[0020] 此外，與典型的高溫和高壓干燥工藝相比，由于根據(jù)本發(fā)明的制備方法是在相對(duì) 溫和的條件（低溫和低壓）下進(jìn)行的，由高溫和高壓導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)較低，還可W連續(xù)再利用所 述提取溶劑。因此，就經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性而言，存在許多優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 說(shuō)明書(shū)附圖W實(shí)例的方式圖示了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，并與下文中本發(fā)明給出 的詳細(xì)的描述一起起到使本發(fā)明的技術(shù)理念能夠被進(jìn)一步理解的作用，而因此本發(fā)明不應(yīng) 僅用附圖中的內(nèi)容來(lái)解釋。
[0022] 圖1為依次示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的疏水二氧化娃氣凝膠的制備工藝的框 圖；化及
[0023] 圖2為示意地示出可W用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的疏水二氧化娃氣凝膠的制 備中的索氏提取器的結(jié)構(gòu)圖。
[0024][附圖標(biāo)記說(shuō)明] 陽(yáng)〇2引 100 索氏提取器
[00%] 10 提取溶劑儲(chǔ)存器
[0027] 30 再沸器 陽(yáng)0測(cè) 40 冷凝器
[0029] 50 提取器
[0030] 60 虹吸管
[0031] 70 冷卻循環(huán)槽
【具體實(shí)施方式】
[0032] 在下文中，將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明W使得可W更清楚地理解本發(fā)明。
[0033] 將理解在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用的詞語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該解釋成在通常使用的字 典中所定義的含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，所述詞語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)應(yīng)該解釋為：基于發(fā)明人可W將所述詞 語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)適當(dāng)?shù)囟xw最好地解釋本發(fā)明的原則，具有與相關(guān)技術(shù)的環(huán)境和本發(fā)明的技術(shù) 創(chuàng)意一致的含義。
[0034] 一般而言，使用水玻璃制備的二氧化娃濕凝膠的中空部分被水（即，溶劑）填充。 因此，當(dāng)通過(guò)后續(xù)干燥工藝除去溶劑時(shí)，在液相溶劑蒸發(fā)為氣相時(shí)，由于在氣體/液體界面 的水的高表面張力而發(fā)生孔結(jié)構(gòu)的收縮和開(kāi)裂。因此，在最終制備的二氧化娃氣凝膠中可 能出現(xiàn)比表面積下降和孔結(jié)構(gòu)變化。因此，為了保持所述濕凝膠的孔結(jié)構(gòu)，不僅需要利用具 有相對(duì)低表面張力的有機(jī)溶劑置換具有高表面張力的水，而且需要開(kāi)發(fā)能夠洗涂并干燥濕 凝膠而不發(fā)生收縮，同時(shí)使所述濕凝膠的結(jié)構(gòu)保持為原狀的技術(shù)。
[0035] 此外，干燥的二氧化娃氣凝膠在干燥之后立即保持低的導(dǎo)熱率，但是由于存在于 二氧化娃表面上的親水的硅烷醇基（Si-OH)吸收空氣中的水，導(dǎo)熱率可能會(huì)逐漸增加。因 此，還需要將二氧化娃氣凝膠的表面改性為疏水的，從而保持低的導(dǎo)熱率。
[0036] 在本發(fā)明中，提供了 一種用于制備疏水二氧化娃氣凝膠的方法，其中，通過(guò)使用索 氏提取法通過(guò)對(duì)疏水二氧化娃濕凝膠同時(shí)進(jìn)行洗涂和干燥，W及溶劑置換（如有必要）可 W制備具有優(yōu)異的物理性能的疏水二氧化娃氣凝膠，同時(shí)保持孔結(jié)構(gòu)和低的導(dǎo)熱率而濕凝 膠不會(huì)收縮，所述疏水二氧化娃濕凝膠被用于制備疏水二氧化娃氣凝膠。
[0037] 具體而言，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于制備疏水二氧化娃氣凝膠的方法包 括W索氏提取法提取疏水二氧化娃濕凝膠。
[0038] 在所述制備方法中，所述疏水二氧化娃濕凝膠可W為疏水二氧化娃液凝膠，其中， 所述濕凝膠的中空部分被非極性有機(jī)溶劑填充；或者疏水二氧化娃水凝膠，其中，所述濕凝 膠的中空部分被水填充。
[0039] 上述疏水二氧化娃濕凝膠可W通過(guò)使用典型的制備方法制備。具體而言，所述疏 水二氧化娃濕凝膠可W通過(guò)如下方法制備：將表面改性劑和無(wú)機(jī)酸加入水玻璃溶液，并進(jìn) 行反應(yīng)。在運(yùn)種情況下，在所述疏水二氧化娃濕凝膠為液凝膠的情況下，在加入表面改性劑 之前或之后，或者與表面改性劑同時(shí)進(jìn)一步加入非極性有機(jī)溶劑，而因此，可W從所述濕凝 膠的中空部分除去水W制備被非極性有機(jī)溶劑填充的疏水二氧化娃液凝膠。在其中沒(méi)有加 入非極性有機(jī)溶劑的情況下，可W得到其中濕凝膠的中空部分被水填充的疏水二氧化娃水 凝膠。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制備疏水二氧化娃氣凝膠的方法可W進(jìn)一步包 括制備所述疏水二氧化娃濕凝膠。
[0040] 圖1為依次示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的疏水二氧化娃氣凝膠的制備工藝 的框圖，在所述框圖中進(jìn)一步包括制備疏水二氧化娃濕凝膠。圖1僅為用于描述本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)例，而本發(fā)明的范圍不限于此。在下文中，將參照?qǐng)D1更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的制備疏水二氧化娃氣凝膠的步驟1為制備疏水二 氧化娃濕凝膠。
[0042] 具體而言，所述疏水二氧化娃濕凝膠可W通過(guò)如下方法制備：將表面改性劑和無(wú) 機(jī)酸加入水玻璃溶液，并進(jìn)行反應(yīng)。在運(yùn)種情況下，用于制備疏水二氧化娃濕凝膠的反應(yīng)可 W通過(guò)如下方式進(jìn)行：在25°C至80°C的溫度范圍內(nèi)攬拌10分鐘至4小時(shí)，然而本發(fā)明不限 于此。
[0043] 此外，可W用于制備所述疏水二氧化娃濕凝膠的水玻璃溶液可W通過(guò)將水（特別 地，蒸饋水）加入水玻璃，并與所述溶液混合而制備。所述水玻璃沒(méi)有特別限制，但是可W 包含28wt%至30wt%的量的二氧化娃（Si〇2)。此外，所述水玻璃溶液可W包含0.1 wt%至lOwt%量的二氧化娃。
[0044] 在所述疏水二氧化娃濕凝膠的制備中，所述表面改性劑和無(wú)機(jī)酸可W依次加入到 所述水玻璃中，或者可W同時(shí)加入，W及例如，考慮到表面改性的效果，可W依次加入表面 改性劑和無(wú)機(jī)酸。
[0045]此外，所述表面改性劑和水玻璃溶液可0. 05:1至0. 3:1的體積比加入。在運(yùn) 種情況下，如上所述，所述水玻璃溶液可W包含0.Iwt%至lOwt%量的二氧化娃。在所述表 面改性劑W小于0. 05的體積比加入的情況下，由于能夠與硅烷醇基（Si-OH)反應(yīng)的表面改 性劑的量相對(duì)小于存在于水玻璃溶液中存在的硅烷醇基（Si-OH)的量，表面改性率可能下 降，W及存在表面改性可能不能平穩(wěn)地進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在干燥工藝期間，未表面改性的 硅烷醇基導(dǎo)致縮合反應(yīng)，從而所得的二氧化娃氣凝膠粉末中的孔的尺寸可能下降，W及可 能不能得到多孔性。此外，在其中W大于0. 3的體積比加入表面改性劑的情況下，經(jīng)濟(jì)效率 可能下降。
[0046] 可W用于二氧化娃濕凝膠的制備中的表面改性劑可W為有機(jī)娃化合物。具體而 言，所述表面改性劑可W為基于硅烷的化合物、基于硅氧烷的化合物、基于硅烷醇的化合物 或基于娃氮燒的化合物，W及運(yùn)些化合物可W單獨(dú)使用或W其兩種W上的混合物使用。
[0047] 所述基于硅烷化合物的具