專利名稱：一種常壓制備低密度高性能SiO₂氣凝膠的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及SiO2氣凝膠的制備領域，具體涉及一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法。
背景技術：
SiO2氣凝膠的制備方法以溶膠-凝膠法為主，以正硅酸乙酯、正硅酸甲酯及多聚硅烷為硅源，通過凝膠老化、表面修飾等工藝過程，超臨界或常壓干燥得到氣凝膠。一般來說，現(xiàn)有SiO2氣凝膠的制備方法大致可以因干燥方式的不同分為超臨界干燥和成本較低的常壓干燥兩種方式，采用超臨界干燥方式，利用超臨界狀態(tài)下液體高溶解度萃取去除凝膠內(nèi)剩余的溶液而不改變凝膠的結構，由此得到多孔，無序，具有納米量級連續(xù)網(wǎng)絡結構的低密度非晶固態(tài)材料。但是，在上述工藝中，超臨界干燥工藝耗能高，危險性大，設備昂貴且復雜，難以進行規(guī)?；a(chǎn)。因此，采用成本較低、設備簡單的常壓干燥工藝對氣凝膠降低制備成本、走向工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。常壓干燥的關鍵在于防止凝膠塊體在干燥過程中發(fā)生收縮、變形和碎裂；針對不同干燥工藝，國內(nèi)外已做了大量研究，但所得氣凝膠性能仍然不能與超臨界條件相比，不能達到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。本發(fā)明認為可以通過增強凝膠網(wǎng)絡的骨架強度、減小凝膠干燥時所受到的毛細管力、增大凝膠孔洞并使孔洞均勻化、防止凝膠干燥中因凝膠骨架相鄰羥基的不可逆縮聚而引起的收縮等方式降低氣凝膠干燥開裂。發(fā)明號CN 101691227A的專利采用正硅酸乙酯為硅源，基于溶膠-凝膠法并結合二次表面改性常壓干燥制備技術，甲基三甲氧基硅烷(MTMS)或甲基三乙氧基硅烷(MTES)為共前驅(qū)體改性劑，鹽酸和氨水為催化劑，在形成SiO2氣凝膠后進行老化和二次改性，最終常壓干燥制備透明SiO2氣凝膠?？锥创笮》植皆? 50nm之間，為納米多孔結構，孔隙率為85% 95%，制備工藝較簡便，但硅源較為昂貴，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)濟性一般。發(fā)明號CN 101837982A的專利采用工業(yè)硅酸鈉為硅源，共沸蒸餾控制溶劑干燥時的應力水平的方法。得到二氧化硅氣凝膠的孔容為I. 2 3. 0ml/g,比表面積300m2/g 800m2/go工藝略微復雜，硅源價格低廉易得，其他性能未加表述?，F(xiàn)有SiO2氣凝膠制備中存在超臨界干燥成本高，工藝復雜；常壓干燥密度、導熱系數(shù)較高；硅源昂貴的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，制備工藝成本低，產(chǎn)品性能優(yōu)良，并對導熱系數(shù)加以表征，可為SiO2氣凝膠在隔熱材料中的應用提供參考。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，包括以下步驟I)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離、子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為I 2，得到溶膠，溶膠靜置10 12h，后用NH3 H2O將PH值調(diào)整為5 6，得到濕凝膠，2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化I 6d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V (TEOS) V(EtOH)分別為3 : 7和2 : 8，

3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10;4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d ，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2。制備氣凝膠比表面積為300m2/g 650m2/g，密度為0. 09 0. 12g/cm3,孔隙率小于95 %，導熱系數(shù)為0. 02 0. 02 Iff/ (m. k)。


圖I為實施例I制備的SiO2氣凝膠微觀結構圖；圖2為實施例I制備的SiO2氣凝膠紅外光譜圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做詳細描述。實施例I一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，包括以下步驟I)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為1，得到溶膠，溶膠靜置10h，后用NH3 -H2O將PH值調(diào)整為5，得到濕凝膠，2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化ld，濕凝膠和老化液的質(zhì)量比或體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的質(zhì)量比或體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 : 7 和 2 : 8,3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的質(zhì)量比或體積比為I I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10，4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥多2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2。制備氣凝膠比表面積為635m2/g，密度為0. 0903g/cm3,孔隙率小于95 %，導熱系數(shù)為0.02 0.021W/(m*k)。并采用紅外光譜，掃描電子顯微鏡對氣凝膠性能加以分析，圖I為SiO2氣凝膠微觀結構圖，圖2為SiO2氣凝膠紅外光譜圖，圖I、圖2結果表明以工業(yè)水玻璃為硅源常壓干燥制得SiO2氣凝膠表面疏水，呈微觀網(wǎng)狀結構。
實施例2—種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，包括以下步驟I)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為I. 5，得到溶膠，溶膠靜置llh，后用NH3 · H2O將PH值調(diào)整為5. 5，得到濕凝膠，2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇 的混合的老化液中老化3d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 7和2 8，3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10，4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥多長時間2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的質(zhì)量比或體積比為I : I 2。制備氣凝膠比表面積為635m2/g，密度為O. 0903g/cm3,孔隙率小于95 %，導熱系數(shù)為 O. 02 O. 02 Iff/ (m. k)。實施例3一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，包括以下步驟I)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為2，得到溶膠，溶膠靜置12h，后用NH3 -H2O將PH值調(diào)整為6，得到濕凝膠，2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化6d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 7和2 8，3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的質(zhì)量比或體積比為I I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10，4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的質(zhì)量比或體積比為I : I 2。制備氣凝膠比表面積為635m2/g，密度為O. 0903g/cm3,孔隙率小于95 %，導熱系數(shù)為 O. 02 O. 02 Iff/ (m. k)。
權利要求
1.一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為I 2，得到溶膠，溶膠靜置10 12h，后用NH3 H2O將PH值調(diào)整為5 6，得到濕凝膠， 2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化I 6d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 : 7和2 : 8， 3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的質(zhì)量比或體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10， 4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為I，得到溶膠，溶膠靜置10h，后用NH3 -H2O將PH值調(diào)整為5，得到濕凝膠， 2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化ld，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 7和2 8， 3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的質(zhì)體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10， 4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的質(zhì)量比或體積比為I : I 2。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為I. 5，得到溶膠，溶膠靜置llh，后用NH3 -H2O將PH值調(diào)整為5. 5，得到濕凝膠， 2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化3d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V (TEOS) V(EtOH)分別為3 : 7和2 : 8， 3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10，4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用lmol/L的HCl將PH值調(diào)整為2，得到溶膠，溶膠靜置12h，后用NH3 -H2O將PH值調(diào)整為6，得到濕凝膠， 2)、分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化6d，濕凝膠和老化液的體積比為I : I 2，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換3d，老化后濕凝膠和正己烷的體積比為I : I 2，老化與溶劑交換工藝流程為老化2d-溶劑交換Id-老化2d-溶劑交換2d，老化液配比V(TEOS) V(EtOH)分別為3 7和2 8， 3)、表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾12h，溶劑交換后的濕凝膠和三甲基氯硅烷與正己烷混合液的體積比為I : I 2，三甲基氯硅烷與正己烷在混合液的體積比為I : 10， 4)、常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥2 3d，表面修飾后的濕凝膠和正己烷的質(zhì)量比或體積比為I : I 2。
全文摘要
一種常壓制備低密度SiO2氣凝膠的方法，采用兩步法溶膠凝膠，將工業(yè)水玻璃與去離子水的混合溶液經(jīng)陽離子交換樹脂離子交換去除Na+后，用HCl將PH值調(diào)整，得到溶膠，溶膠靜置后用NH3·H2O將PH值調(diào)整得到濕凝膠，再進行分步老化與溶劑交換，將濕凝膠置于正硅酸乙酯與乙醇的混合的老化液中老化，將老化后濕凝膠置于正己烷中溶劑交換，然后進行表面修飾，將溶劑交換后的濕凝膠置于三甲基氯硅烷與正己烷混合液中表面修飾，最后常壓干燥，將表面修飾后的濕凝膠置于正己烷中，常壓干燥，具有制備工藝成本低，產(chǎn)品性能優(yōu)良，反應過程可控的優(yōu)點。
文檔編號C01B33/16GK102642841SQ201210121968
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者劉新軍, 康爽, 李凱, 畢偉濤, 耿剛強, 陳安成 申請人:陜西得波材料科技有限公司