專利名稱：氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種透明氣凝膠塊體材料的 制備。
背景技術(shù)：
氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的新型低密度、高孔隙率納米多孔材料，具有 連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔洞尺寸和顆粒直徑范圍均為納米量級(jí)，典型孔洞尺寸為l-100nm，固態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元尺寸為l-20nm，孔洞率高達(dá)80.0%-99.8% , 比表面積高達(dá)800-1000m々g。氣凝膠在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面所 呈現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)，如極低的固態(tài)和氣態(tài)熱導(dǎo)率、低折射率，低彈性模量、 低聲阻抗、強(qiáng)吸附性能等，使其在航空航天、化工、節(jié)能建筑、軍事、通 訊、電子、冶金等應(yīng)用領(lǐng)域有著十分廣闊的前景。盡管氣凝膠的研究早已成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，但迄今真正實(shí)現(xiàn)商業(yè) 化規(guī)模生產(chǎn)并予以廣泛推廣應(yīng)用的企業(yè)并不多。其主要原因在于氣凝膠的 成型問(wèn)題。氣凝膠的制備多采用溶膠凝膠法，在濕凝膠干燥過(guò)程中，由于 凝膠表面溶劑揮發(fā)，氣液界面被自由能更高的氣固界面所替代。為達(dá)到能 量最低狀態(tài)，濕凝膠納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的溶劑通過(guò)毛細(xì)作用、滲透作用 擴(kuò)散到濕凝膠表面，重新形成氣液界面。溶劑固有的表面張力所導(dǎo)致的毛 細(xì)作用力以及凝膠孔徑不完全均勻造成的凝膠骨架各向異性最終表現(xiàn)出 骨架宏觀上受到較大的應(yīng)力，引起骨架收縮開裂、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo) 致制備所得的氣凝膠常常是粉體或顆粒，難以形成完整的塊體。為制備塊 體氣凝膠，通常需要將氣凝膠粉體或顆粒與其他材料進(jìn)行二次復(fù)合。現(xiàn)有的技術(shù)多是簡(jiǎn)單的三層或多層復(fù)合，如公開號(hào)為CN1799686A的 專利文獻(xiàn)中公開了 一種吸附用Si02氣凝膠一雙組分無(wú)紡氈復(fù)合材料及其 制造方法，采用的就是兩層雙組分無(wú)紡氈夾一層顆粒狀Si02氣凝膠，或三層雙組分無(wú)紡氈夾兩層顆粒狀Si02氣凝膠，通過(guò)熱壓黏合方式成型。也有部分利用粘結(jié)復(fù)合，如公開號(hào)為CN1253309C的專利文獻(xiàn)中公開了一種具 有至少一含氣凝膠層和至少一其他層的多層復(fù)合材料、其制法和應(yīng)用，采 用的則是利用粘結(jié)劑將氣凝膠與纖維材料復(fù)合的方式成型。這些方式很難 使基體材料內(nèi)部孔隙完全被氣凝膠填充，均勻性也不好控制，很難達(dá)到理 想的絕熱、低密度、耐高溫、透明性好能效果，且存在粉塵等不利于環(huán)境 和人體健康的因素，工藝復(fù)雜，容易對(duì)原料造成浪費(fèi)。在氣凝膠制備的過(guò)程中，通過(guò)各種途徑控制孔徑的均勻度、降低溶劑 表面張力、采用無(wú)明顯氣液界面的超臨界干燥等方法可以制備出完整塊狀 氣凝膠。然而，就目前技術(shù)而言，所制備的塊狀氣凝膠在尺寸和強(qiáng)度方面 很難達(dá)到應(yīng)用所需的要求，且制備工藝復(fù)雜，不易控制。為了制備出具有一定形狀和抗壓強(qiáng)度的高品質(zhì)氣凝膠材料，較為可行 的方法是在氣凝膠形成前的溶膠階段與其他增強(qiáng)材料如纖維、顆粒等進(jìn)行 一次復(fù)合。溶劑干燥時(shí)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)斷裂過(guò)程中纖維等材料的拔出作 用以及纖維或顆粒對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)作用而消耗斷裂功，可提高氣凝膠的強(qiáng)度 和韌性，制備出性能優(yōu)良，有較高耐壓強(qiáng)度，可直接應(yīng)用的氣凝膠復(fù)合材 料。綜合已有專利和文獻(xiàn)技術(shù)，現(xiàn)有最為常見的氣凝膠一次復(fù)合增強(qiáng)材料 為纖維。制備的方法是在凝膠的前驅(qū)體中加入增強(qiáng)材料和分散劑，充分分 散后靜置，形成凝膠，再通過(guò)各種干燥方式，制備出具有一定強(qiáng)度的氣凝 膠復(fù)合材料。如公開號(hào)為CN1329333C的專利文獻(xiàn)中公開了以正硅酸乙酯為硅源， 采用超細(xì)直徑的硬硅鈣石纖維形成的具有中空二次粒子作為硬質(zhì)支撐骨架，與Si02溶膠在真空環(huán)境下復(fù)合，通過(guò)超臨界干燥制備出強(qiáng)度為純Si02氣凝膠塊3-4倍的復(fù)合材料。公開號(hào)為CN1749214A的專利文獻(xiàn)中公開了 以硅醇鹽為硅源，二氧化鈦為紅外遮光劑，通過(guò)溶膠浸滲工藝浸入纖維氈 或纖維預(yù)制件中，通過(guò)超臨界干燥制備出對(duì)固體傳熱和空氣對(duì)流傳熱具有 良好阻隔作用，機(jī)械強(qiáng)度可達(dá)到2MPa以上的氣凝膠絕熱復(fù)合材料。公開 號(hào)為CN1317187C的專利文獻(xiàn)中公開了利用正硅酸乙酯或正硅酸曱酯為 硅源，在溶膠中加入Si02多孔粉體、直徑0.5-30微米的纖維、遮光劑， 通過(guò)超臨界干燥制備出硅石氣凝膠隔熱材料，提高了硅石氣凝膠材料的強(qiáng) 度，耐壓強(qiáng)度可達(dá)1.8MPa。公開號(hào)為CN1803602A的專利文獻(xiàn)中公開了一種水鎂石纖維增強(qiáng)Si02氣凝膠隔熱材料的制備方法，以工業(yè)水玻璃或硅溶膠以及天然水鎂石短纖維為原料，溶膠固化前利用高能球磨及化學(xué)分 散法實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)遮光劑粒度細(xì)化且在溶膠中均勻M，通過(guò)化學(xué)M法將天然7JC鎂石纖維束劈分，通過(guò)溶劑置換、憎水處理、常壓干燥，制備出水鎂石纖維增強(qiáng)Si02氣凝膠隔熱材料，密度為0.20-0.50g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù) 0.01-0.03w/m k。在董志軍，李軒科等發(fā)表于《應(yīng)用化工》2006年第35巻第6期題為"莫來(lái)石纖維增強(qiáng)Si02氣凝膠隔熱材料的制備工藝研究"文獻(xiàn)中，采用正硅酸 乙酯為硅源，通過(guò)溶膠凝膠法，將短切莫來(lái)石纖維摻入Si02凝膠網(wǎng)絡(luò)，以 乙醇為干燥介質(zhì)超臨界干燥制備出用于隔熱材料的氣凝膠塊體。以上專利、文獻(xiàn)技術(shù)所制備的各種纖維增強(qiáng)氣凝膠塊體均應(yīng)用于絕熱 保溫領(lǐng)域。從結(jié)果看，增強(qiáng)材料確實(shí)能對(duì)氣凝膠的耐壓強(qiáng)度起到一定的增 強(qiáng)作用。然而，由于硬硅鈣石纖維、纖維氈或纖維預(yù)制件、微米纖維、水 鎂石纖維、莫來(lái)石纖維的透光性較差，由此制備的纖維增強(qiáng)氣凝膠塊體材 料透明性比較低，有的技術(shù)如專利文獻(xiàn)CN1749214A、 CN1317187C、 CN1803602A中的技術(shù)方案，為了降低熱輻射，均有意添加了遮光劑，進(jìn) 一步降低了纖維增強(qiáng)氣凝膠塊體材料的透明性。然而，很多領(lǐng)域如建筑保 溫隔音玻璃、太陽(yáng)能電池集熱面板等都需要?dú)饽z保持較高的透明度，以 便充分利用氣凝膠380-780nm波^險(xiǎn)可見光透明、紅外不透明，紅外與可見 光的湮滅系數(shù)之比達(dá)到100以上的特性，在保溫的同時(shí)使自然光流通。位 于美國(guó)威斯康星州的密爾沃基動(dòng)物園，50 %的屋頂采用Nanogel半透明氣 凝膠安裝在日間屋頂系統(tǒng)中，以此來(lái)保證自然光的流通(自然光可為動(dòng)物 自身產(chǎn)生維生素D提供條件)，而且可保持全年房間的溫度。此外，高透 光性氣凝膠材料在一些高能物理應(yīng)用領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。使用不同 密度的氣凝膠介質(zhì)作為切倫柯夫閥值探測(cè)器，可確定高能粒子的質(zhì)量和能 量。透明氣凝膠在空間捕獲高速粒子，可用肉眼或顯微鏡觀察被阻擋、捕 獲的粒子。另外，利用透明氣凝膠還可進(jìn)一步研制新型激光防護(hù)鏡。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能優(yōu)異的透明氣凝膠塊體材料的 制備方法。一種氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料的制備方法，包括以下步驟將溶膠與氧化物納米線混合，分散均勻后在溫度為10-90。C范圍內(nèi)靜 置0.5-72小時(shí)，形成復(fù)合凝膠，并在溫度為10-90。C范圍內(nèi)進(jìn)行老化0-40 小時(shí)，再進(jìn)行干燥得到氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料，產(chǎn)品具有 透明性，透光度為75%-96%;其中氧化物納米線與溶膠質(zhì)量比為1 : 0.5 ~ 1000。所述溶膠為鋁溶膠、硅溶膠、鋯溶膠、鈥溶膠中的至少一種，優(yōu)選純 度在99%以上的鋁溶膠、硅溶膠、鋯溶膠或鈦溶膠中的至少一種。 一般市 售溶膠(固含量20~40% )均可以使用。所述氧化物納米線作為增強(qiáng)材料，氧化物納米線為氧化鋁納米線、氧 化硅納米線、氧化鋯納米線或氧化鈦納米線中的至少一種，優(yōu)選純度在 99%以上的氧化鋁納米線、氧化硅納米線、氧化鋯納米線或氧化鈦納米線 中的至少一種。納米線的直徑為l-100nm,長(zhǎng)徑比為10-1000。溶力交和氧^f匕物納米線均 可以市場(chǎng)購(gòu)得或自制。溶膠與氧化物納米線混合的方式可以是溶膠倒入到裝有氧化物納米 線的模具中，也可以是氧化物納米線加入到溶膠中。氧化物納米線在溶膠中的分散方式為機(jī)械分敉和/或化學(xué)分散。機(jī)械分 散可以是攪拌、強(qiáng)力攪拌、球磨、振動(dòng)、搖勻、超聲波分散中的一種或幾 種。采用化學(xué)分散時(shí)向溶膠與氧化物納米線混合物中加入化學(xué)分散劑?；?學(xué)分散劑為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、仲烷基磺酸鈉、烷^i^克酸酯鈉、月桂i^克酸鈉、脂肪酸鈉、脂肪醇 硫酸酯單乙醇胺鈉、醇醚硫酸鈉、油醇硫酸鈉、烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯鈉、順丁烯二酸二異辛酯磺酸鈉、吐溫80、 KT、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺 及其鈉鹽、聚氧化乙烯、聚乙二醇、海藻酸鈉、樹膠、甲基纖維、羧曱基 纖維素、羥乙基纖維素中的一種或幾種?；瘜W(xué)分散劑的用量為氧化物納米 線質(zhì)量的0.001%-100% 。干燥的方式可以是常壓干燥、超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥中 的一種或幾種。優(yōu)選超臨界干燥和常壓干燥，特別優(yōu)選超臨界干燥。采用超臨界干燥時(shí)，將老化后的復(fù)合凝膠置于壓力容器內(nèi)，通入干燥介質(zhì)，并使其溫度和壓力達(dá)到介質(zhì)臨界點(diǎn)以下的某一值，保持0-30小時(shí)， 優(yōu)選10-20小時(shí)，然后在5-60分鐘內(nèi)將溫度和壓力升至介質(zhì)的臨界點(diǎn)以上， 使介質(zhì)在超臨界條件下以流動(dòng)狀態(tài)對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行千燥0.5-12小時(shí)。隨后， 保持溫度不變，將壓力緩慢降至常壓，帶溫度降至室溫，即可制得氧化物 納米線增強(qiáng)的透明氣凝膠塊體材料。超臨界干燥的介質(zhì)可采用C02、曱醇、乙醇、異丙醇、丙酮或丁酮。 優(yōu)選CCb。采用常壓干燥時(shí)，先用溶劑將老化后復(fù)合凝膠中的溶劑置換出來(lái)，然 后利用有機(jī)硅化合物對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行疏水性修飾，再將經(jīng)溶劑置換和修飾 的凝膠在溫度為20-380。C、常壓環(huán)境下干燥0.5-40小時(shí)，即可制得氧化物 納米線增強(qiáng)的透明氣凝膠塊體材料。溶劑置換的溫度范圍為15-95匸，優(yōu)選15-80'C,置換時(shí)間為0-20天， 優(yōu)選1-15天，次數(shù)為0-50次，優(yōu)選l-30次。溶劑與老化后復(fù)合凝膠的體積比為o.i : i-ioo : i,優(yōu)選i : 1-50 : i。 置換的方式可以是用溶劑沖洗、回流、浸泡中的一種或幾種?？筛鶕?jù)需要 選擇一種溶劑進(jìn)行置換，或選擇幾種不同的溶劑依次進(jìn)行置換。所述的溶劑為水、醇、酮、芳香烴、碳原子數(shù)為5-8的液態(tài)低碳烷烴 中的一種或多種。其中水可以是普通水、蒸餾水、去離子水；醇可以采用 甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇或異丁醇；酮可以是丙酮或丁酮； 芳香烴可以是苯、曱苯、二曱苯、乙苯、丙苯或異丙苯；石灰原子數(shù)為5-8 的液態(tài)低碳烷烴可以是正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷，優(yōu)選基本不具 毒性的水、醇、液態(tài)^/友烷烴。優(yōu)選的醇不包括曱醇。進(jìn)行表面疏水修飾處理的有機(jī)硅化合物與老化后復(fù)合凝膠的體積比為o.i: 1-20 : i，優(yōu)選o.i : i畫io : i,進(jìn)行表面疏水修飾處理時(shí)間為1-240小時(shí)，優(yōu)選10-120小時(shí)。有機(jī)硅化合物進(jìn)行表面修飾的方式可以是浸泡，但不限于浸泡。有機(jī) 硅化合物可單獨(dú)使用，也可與述溶劑混合使用，即表面疏水修飾處理過(guò)程 可以與置換同時(shí)進(jìn)行。所述的有機(jī)硅化合物包括甲基三甲氧基硅烷、二曱基二甲氧基硅烷、 三曱基曱氧基硅烷、四乙氧基硅烷、曱基三乙氧基硅烷、二曱基二乙氧基 硅烷、三曱基乙氧基硅烷、乙基三曱氧基硅烷、二乙基二曱氧基硅烷、三乙基甲氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三曱氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-曱氧基 乙氧基)硅烷、曱基乙烯基二曱氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、六曱基二硅 氧烷、六曱基二硅氮烷、七曱基二硅氧烷、七甲基二硅氮烷、氯丙基三乙 氧基硅烷、氯丙基曱基二曱氧基硅烷、二甲氧基雙(2-曱基丙基)硅烷、雙 三曱基硅氧基曱基硅烷、雙(l,2-曱基二氯硅基)乙烷、雙(l,2-三氯硅基) 乙烷、雙(1,2-曱基二曱氧基硅基)乙烷、雙(1，2-曱基二乙氧基硅基)乙 烷、雙(1,2-三曱氧基硅基)乙烷、雙(1，2-三乙氧基硅基)乙烷、辛基三 乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二曱基二氯硅烷、曱基三氯硅烷、三乙基氯 硅烷、二乙基二氯硅烷、乙基三氯硅烷中的一種或幾種。優(yōu)選氯丙基三乙 氧基硅烷、氯丙基曱基二曱氧基硅烷、二甲氧基雙(2-曱基丙基)硅烷、雙 三曱基硅氧基曱基硅烷、雙(l，2-曱基二氯硅基)乙烷、雙(l,2-三氯硅基) 乙烷、雙(1，2-曱基二曱氧基硅基)乙烷、雙(1,2-曱基二乙氧基硅基)乙 烷、雙(1,2-三曱氧基硅基)乙烷或雙(1，2-三乙氧基珪基)乙烷。透明氣凝膠的制備關(guān)4建就在于采用具有高透光性、高強(qiáng)度的增強(qiáng)材 料，普通的纖維顯然是難以滿足的。而納米線由于尺寸的減小，往往體現(xiàn) 出比大塊材料更好的機(jī)械性能如強(qiáng)度變強(qiáng)、韌度變好，且對(duì)可見光透明。 這些優(yōu)點(diǎn)為增強(qiáng)透明氣凝膠塊體的制備提供了條件。本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作靈活方便，有利于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模生 產(chǎn)。本發(fā)明制備方法制備的透明氣凝膠塊體材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整，干燥過(guò)程 無(wú)收縮、開裂現(xiàn)象，纖維增強(qiáng)效果好，耐壓強(qiáng)度可達(dá)2.0Mpa以上。還具 有較高的透明度，透光率可達(dá)75%以上，在建筑保溫隔音玻璃、太陽(yáng)能電 池集熱面板、高能物理等方面大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1在100ml純度為99.5%高純鋁溶膠中加入8g氧化鋁納米線，強(qiáng)力攪 拌5小時(shí)后，靜置6小時(shí)形成復(fù)合凝膠，在25'C溫度下老化48小時(shí)后， 放入壓力容器內(nèi)，通入干燥介質(zhì)液態(tài)C02，升高溫度至20。C,升高壓力至 6Mpa，保持10小時(shí)。然后在20分鐘內(nèi)將溫度升高至35。C，壓力升高至 8Mpa,使C02流動(dòng)狀態(tài)對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行干燥2小時(shí)。隨后，保持溫度不變，將壓力緩慢降至常壓，帶溫度降至室溫，所制得的氧化鋁納米線增強(qiáng)鋁氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度589g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù)0.020w/m-k， 耐壓強(qiáng)度2.35MPa，透光度91.8%。實(shí)施例2在100ml純度為99.2。/o高純硅溶膠中加入2g氧化硅納米線和O.lg十 二烷基苯磺酸鈉，超聲波分散2小時(shí)后，靜置4小時(shí)形成復(fù)合凝膠，在50 。C溫度下老化8小時(shí)后，放入壓力容器內(nèi)，通入干燥介質(zhì)液態(tài)C02,升高 溫度至20。C，升高壓力至6Mpa，保持10小時(shí)。然后在20分鐘內(nèi)將溫度 升高至35。C，壓力升高至8Mpa，使C02流動(dòng)狀態(tài)對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行干燥2 小時(shí)。隨后，保持溫度不變，將壓力緩慢降至常壓，帶溫度降至室溫，所 制得的氧化硅納米線增強(qiáng)硅氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度 612g/cm2，導(dǎo)熱系數(shù)0.024w/m k，耐壓強(qiáng)度2.26MPa，透光度92.2%。實(shí)施例3在500ml高純鋯溶膠和500ml高純硅溶膠的混合溶膠中加入150g氧 化鈦納米線，以及15g硬脂酸鈉，球磨5小時(shí)后，靜置l小時(shí)形成復(fù)合凝 膠，在15。C溫度下老化48小時(shí)后，放入壓力容器內(nèi)，通入干燥介質(zhì)液態(tài) C02，升高溫度至20。C，升高壓力至6Mpa，保持15小時(shí)。然后在30分 鐘內(nèi)將溫度升高至35。C，壓力升高至15Mpa,使0)2流動(dòng)狀態(tài)對(duì)復(fù)合凝 膠進(jìn)行干燥2小時(shí)。隨后，保持溫度不變，將壓力緩慢降至常壓，帶溫度 降至室溫，所制得的氧化鈦納米線增強(qiáng)鋯硅氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表 觀密度604g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù)0.019w/m k，耐壓強(qiáng)度2.46MPa，透光度78.4%。實(shí)施例4在500ml高純鋁溶膠和500ml高純硅溶膠的混合溶膠中加入150g氧 化鋯納米線，以及5g硬脂酸鈉，超聲波分散3小時(shí)，然后靜置48小時(shí)形 成復(fù)合凝膠后，用乙醇浸泡復(fù)合凝膠，乙醇與凝膠的體積比為7 : 1,時(shí)間 為20小時(shí)。再在室溫下用雙三曱基硅氧基曱基硅烷對(duì)凝膠進(jìn)行表面疏水 修飾，雙三甲基硅氧基曱基硅烷與凝膠的體積比為1 : 2,時(shí)間為1天。將 其置于125'C的烘箱中干燥15小時(shí)，所制得的氧化鋯納米線增強(qiáng)鋁硅氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度692g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù)0.018w/m k，耐壓 強(qiáng)度2.31MPa,透光度90.6%。實(shí)施例5在500ml高純硅溶膠中加入1 OOOg氧化鋯納米線，以及l(fā)g吐溫80, 球磨10小時(shí)，然后靜置2小時(shí)形成復(fù)合凝膠，在85。C溫度下老化5小時(shí) 后，在室溫下用氯丙基三乙氧基硅烷與異丙醇的混合物浸泡凝膠，異丙醇與凝膠的體積比為2:i，氯丙基三乙氧基硅烷與凝膠的體積比為o.i : i，時(shí)間為12小時(shí)。將其置于18(TC的烘箱中干燥6小時(shí)，所制得的氧化鋯納 米線增強(qiáng)硅氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度843g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù) 0.021w/m k，耐壓強(qiáng)度3.15MPa，透光度77. 2%。實(shí)施例6在100ml高純硅溶膠的混合溶膠中加入O.lg氧化硅納米線，以及O.lg 月桂基硫酸鈉，強(qiáng)力攪拌3小時(shí)，然后靜置72小時(shí)形成復(fù)合凝膠后，用 丙酮浸泡復(fù)合凝膠，丙酮與凝膠的體積比為50 : 1，時(shí)間為1小時(shí)。再在 室溫下用雙(1，2-曱基二乙氧基硅基)乙烷對(duì)凝膠進(jìn)行表面疏水修飾，雙 (1,2-曱基二乙氧基硅基)乙烷與凝膠的體積比為10 : 1，時(shí)間為1小時(shí)。 將其置于90'C的烘箱中干燥5小時(shí)，所制得的氧化硅納米線增強(qiáng)硅氣凝膠 塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度680g/cm2，導(dǎo)熱系數(shù)0.020w/m . k,耐壓強(qiáng) 度2.05MPa，透光度95.4%。實(shí)施例7在200ml高純鋁溶膠和100ml高純硅溶膠的混合溶膠中加入500g氧 化鋯納米線，以及2g曱基纖維素，球磨8小時(shí)后，靜置3小時(shí)形成復(fù)合 凝膠，在20。C溫度下老化24小時(shí)后，用正庚烷浸泡復(fù)合凝膠，正庚烷與 凝膠的體積比為8 : 1，時(shí)間為2天。再在室溫下用乙烯基三(2-曱氧基乙 氧基)硅烷對(duì)凝膠進(jìn)行表面疏水修飾，乙烯基三(2-曱氧基乙氧基)硅烷與凝 膠的體積比為2:1，時(shí)間為5小時(shí)。將其置于115。C的烘箱中干燥10小 時(shí)，所制得的氧化鋯納米線增強(qiáng)鋁硅氣凝膠塊外觀完整無(wú)裂痕，表觀密度 816g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù)0.023w/m k，耐壓強(qiáng)度2.26MPa，透光度88.9%。實(shí)施例8在500ml高純鈦溶膠中加入lg氧化鋁納米線，以及0.5g聚乙二醇， 球磨7小時(shí)后，靜置5小時(shí)形成復(fù)合凝膠，在55。C溫度下老化12小時(shí)后, 在室溫下用雙(1,2-三氯硅基)乙烷對(duì)凝膠進(jìn)行表面疏水修飾，雙(1,2-三氯硅基)乙烷與凝膠的體積比為1 : 1,時(shí)間為1天。將其置于9(TC的 烘箱中干燥10小時(shí)，所制得的氧化鋯納米線增強(qiáng)鋁硅氣凝膠塊外觀完整 無(wú)裂痕，表觀密度831g/cm2,導(dǎo)熱系數(shù)0.024w/m .k，耐壓強(qiáng)度2.17MPa, 透光度76.6%。
權(quán)利要求
1、一種氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料的制備方法，包括以下步驟將溶膠與氧化物納米線混合，分散均勻后在溫度為10-90℃內(nèi)靜置0.5-72小時(shí)，形成復(fù)合凝膠，復(fù)合凝膠在溫度為10-90℃進(jìn)行老化0-40小時(shí)后干燥得到氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料；其中氧化物納米線與溶膠質(zhì)量比為1∶0.5-1∶1000。
2、 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的溶膠為鋁溶膠、硅溶膠、鋯溶膠、鈦溶膠中的至少一種，所述的氧化物納米線為氧化鋁納 米線、氧化硅納米線、氧化鋯納米線或氧化鈥納米線中的至少一種。
3、 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于氧化物納米線在溶膠 中的分散方式采用化學(xué)分散，向溶膠與氧化物納米線混合物中加入化學(xué)分 散劑，化學(xué)M劑為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十 六烷基磺酸鈉、仲烷基磺酸鈉、烷_^5克酸酯鈉、月桂基硫酸鈉、脂肪酸鈉、 脂肪醇硫酸酯單乙醇胺鈉、醇醚硫酸鈉、油醇硫酸鈉、烷基醇聚氧乙烯醚 磷酸酯鈉、順丁烯二酸二異辛酯磺酸鈉、吐溫80、 KT、聚乙烯醇、聚丙 烯酰胺及其鈉鹽、聚氧化乙烯、聚乙二醇、海藻酸鈉、樹膠、曱基纖維素、 羧曱基纖維素或羥乙基纖維素中的一種或幾種，化學(xué)*劑的用量為氧化 物納米線質(zhì)量的0.001%~ 100% 。
4、 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于所述的干燥為常壓干 燥，干燥溫度20-380。C,時(shí)間0.5-40小時(shí)，常壓干燥前先將老化后的復(fù)合 凝膠用溶劑置換，再加入有機(jī)硅化合物對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行疏水性修飾。
5、 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑置換的溫 度范圍為15-95。C，置換時(shí)間為0-20天，溶劑與老化后復(fù)合凝膠的體積比為o.i: i-ioo : i。
6、 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)硅化合物 與老化后復(fù)合凝膠的體積比為O.l : 1-20 : 1,進(jìn)行疏水修飾時(shí)間為l-240小時(shí)。
7、 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑為水、曱醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、丙酮、丁酮、苯、曱苯、 二曱苯、乙苯、丙苯、異丙苯、正戊烷、正己烷、正庚烷或正辛烷中的一 種或多種。
8、如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)硅化合物 為曱基三曱氧基硅烷、二曱基二曱氧基硅烷、三曱基曱氧基硅烷、四乙氧 基硅烷、曱基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三曱基乙氧基硅烷、 乙基三曱氧基硅烷、二乙基二曱氧基硅烷、三乙基曱氧基硅烷、三乙基乙 氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三曱氧基硅 烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-曱氧基乙氧基)硅烷、曱基乙烯基 二甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、六甲基二硅氧烷、六曱基二硅氮烷、七 曱基二硅氧烷、七曱基二硅氮烷、氯丙基三乙氧基珪烷、氯丙基曱基二曱 氧基硅烷、二曱氧基雙(2-曱基丙基)硅烷、雙三曱基硅氧基曱基硅烷、雙 (1,2-甲基二氯硅基)乙烷、雙(l，2-三氯硅基)乙烷、雙(l,2-曱基二曱 氧基硅基)乙烷、雙(1,2-甲基二乙氧基硅基)乙烷、雙(l,2-三曱氧基硅 基)乙烷、雙(1，2-三乙氧基硅基)乙烷、辛基三乙氧基硅烷、三曱基氯 硅烷、二曱基二氯硅烷、曱基三氯硅烷、三乙基氯硅烷、二乙基二氯硅烷、 乙基三氯硅烷中的一種或幾種。優(yōu)選氯丙基三乙氧基硅烷、氯丙基曱基二 曱氧基硅烷、二曱氧基雙(2-曱基丙基)硅烷、雙三曱基硅氧基曱基硅烷、 雙(1，2-曱基二氯硅基)乙烷、雙(1，2-三氯硅基)乙烷、雙(1,2-甲基二 曱氧基硅基)乙烷、雙(1，2-曱基二乙氧基硅基)乙烷、雙(l，2-三曱氧基 硅基)乙烷或雙(1,2-三乙氧基硅基)乙烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料的制備方法，包括以下步驟將溶膠與氧化物納米線混合，分散均勻后在溫度為10-90℃內(nèi)靜置0.5-72小時(shí)，形成復(fù)合凝膠，復(fù)合凝膠在溫度為10-90℃進(jìn)行老化0-40小時(shí)后干燥得到氧化物納米線增強(qiáng)透明氣凝膠塊體材料；其中氧化物納米線與溶膠質(zhì)量比為1∶0.5-1∶1000。本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作靈活方便，有利于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J13/00GK101254449SQ20081006120
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者余盛錦, 張洪彪, 張蓉艷, 金承黎 申請(qǐng)人:紹興納諾氣凝膠新材料研發(fā)中心有限公司;浙江中聯(lián)建設(shè)集團(tuán)有限公司;王榮海