制備氣凝膠的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)有機(jī)改性氣凝膠的方法，其包含以下步驟：a)將至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽與至少一種酸進(jìn)行反應(yīng)生成水凝膠，b)利用包含具有至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑和一種非極性溶劑的混合物對(duì)水凝膠進(jìn)行改性，c)亞臨界干燥有機(jī)改性凝膠，其中，該方法不包含步驟a)和步驟b)之間的用于溶劑交換和/或用于清鹽除的步驟，并且該方法是在無(wú)醇條件下進(jìn)行的。此外，本發(fā)明公開(kāi)了所獲得的有機(jī)改性氣凝膠作為隔熱材料或隔音材料，作為催化劑載體、氣體存儲(chǔ)裝置或作為吸附劑的用途。
【專利說(shuō)明】制備氣凝膠的方法
[0001] 本發(fā)明涉及制備有機(jī)改性氣凝膠的方法，其中酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶 性鹽與至少一種酸反應(yīng)生成水凝膠，隨后利用甲硅烷基化劑和非極性溶劑的混合物進(jìn)行處 理。在亞臨界條件下進(jìn)行干燥以得到氣凝膠。此外還公開(kāi)所得氣凝膠作為隔熱材料或隔音 材料，作為催化劑載體、氣體存儲(chǔ)裝置或作為吸附劑的用途。
[0002] 氣凝膠是高孔隙率的固體，其中高達(dá)99. 98%的體積是由氣孔組成的。氣凝膠可以 基于多種材料進(jìn)行生產(chǎn)，二氧化硅氣凝膠是最為熟知的。然而，它們也可以由其他酸性或兩 性含氧分子陰離子形成，例如鈦酸鹽或鋁酸鹽。在這種情況下，特別地可通過(guò)溶膠-凝膠法 形成水凝膠，隨后干燥以獲得氣凝膠。氣凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由在溶膠-凝膠合成期間以無(wú)序 方式彼此融合的初級(jí)粒子的三維結(jié)構(gòu)組成。粒子間存在的空腔形成氣孔。
[0003] 已知水凝膠，尤其二氧化硅水凝膠（可通過(guò)酸化水玻璃制得）可在超臨界條件下 干燥以形成微孔的（孔徑小于2nm)或介孔的（孔徑在2nm和50nm之間）三維交聯(lián)產(chǎn)物。 在凝膠的情況下，通過(guò)超臨界干燥獲得的這類產(chǎn)物被稱為氣凝膠。超臨界干燥完全或基本 上消除了在微孔或介孔三維交聯(lián)凝膠中存在的流體的表面張力。本發(fā)明的目的是基本上避 免微孔或介孔三維交聯(lián)凝膠在干燥過(guò)程中的收縮，因?yàn)槲⒖谆蚪榭兹S交聯(lián)凝膠的固有特 性在收縮過(guò)程中會(huì)完全地或部分地喪失。不同于傳統(tǒng)的無(wú)特別規(guī)定的干燥情況（其中凝 膠經(jīng)歷極大的體積收縮并形成干凝膠），因此，接近于臨界點(diǎn)的干燥僅導(dǎo)致較小的體積收縮 (小于15體積％ )。
[0004] 通過(guò)超臨界干燥制備氣凝膠的現(xiàn)有技術(shù)詳細(xì)地描述于，例如Reviews in Chemical Engineering,第 5卷，第 1-4期，第 157-198頁(yè)（1988)中，其中也提及了 Kistler 的開(kāi)創(chuàng)性研究。
[0005] W0-A-95 06 617涉及疏水性二氧化硅氣凝膠，其可通過(guò)以下方法獲得：水玻璃溶 液與酸在pH值7. 5至11的條件下進(jìn)行反應(yīng)，隨后通過(guò)用水或無(wú)機(jī)堿的稀釋水溶液的洗滌 來(lái)除去所形成的水凝膠中的離子成分，并同時(shí)保持水凝膠的pH值在7. 5至11的范圍內(nèi)，用 乙醇置換水凝膠中存在的水相，然后超臨界干燥所得醇凝膠。
[0006] W0-A-9425149公開(kāi)了在干燥凝膠前首先利用疏水劑處理凝膠。由此獲得的凝膠可 在亞臨界條件下進(jìn)行干燥，不會(huì)造成任何明顯的體積收縮。
[0007] 在氣凝膠的生產(chǎn)中，烷氧基金屬酸鹽（metallate)例如原硅酸四乙酯或鈦酸四異 丙酯通常也被用作原料。其具有的優(yōu)勢(shì)在于在凝膠的生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)得到隨后必須被除去 的鹽。然而，很大的缺點(diǎn)在于烷氧基金屬酸鹽非常昂貴。在這種情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員意識(shí)到在烷氧基金屬酸鹽的情況下溶膠-凝膠形成機(jī)制本質(zhì)上不同于酸性或兩性含 氧分子陰離子的可溶性鹽的溶膠-凝膠形成機(jī)制，所述可溶性鹽例如為硅酸鈉（C. Jeffrey Brinker, George W. Scherer "Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing"Academic Press，1990,第97頁(yè)起）。根據(jù)水的添加量，燒氧基金屬酸鹽首先 形成具有低支化水平的在后續(xù)階段進(jìn)行交聯(lián)的鏈狀（catenated)結(jié)構(gòu)。相比之下，例如，由 硅酸鈉和酸產(chǎn)生的二氧化硅直接聚合得到粒子，該粒子由于進(jìn)一步的聚合而變大，因此形 成了初級(jí)粒子。
[0008] 疏水性氣凝膠，尤其是基于二氧化硅的疏水性氣凝膠，由于其非常好的隔熱特性， 已被用于外保溫終飾（finishing)系統(tǒng)，且具有的優(yōu)勢(shì)在于它們對(duì)于相同的保溫性能僅引 起墻寬度非常小的增加。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和20°C下，空氣中二氧化硅氣凝膠的熱導(dǎo)率的典型值 在0. 017和0. 021WAm ·Κ)之間。二氧化硅氣凝膠的熱導(dǎo)率的差別主要是由生產(chǎn)過(guò)程中孔 徑的差別所決定的，所述孔徑在10至l〇〇nm的范圍內(nèi)。
[0009] 為了以最小成本生產(chǎn)工業(yè)規(guī)模的氣凝膠，合適的原料尤其為堿金屬硅酸鹽，其可 與有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸反應(yīng)形成水凝膠。然而，尤其在工業(yè)規(guī)模上，很難從這些有利的原料獲得 水凝膠和隨后的氣凝膠。堿金屬硅酸鹽通常首先借助于離子交換劑脫鹽，并且在水凝膠形 成后，對(duì)凝膠進(jìn)行幾個(gè)洗滌步驟和溶劑交換。該過(guò)程成本高且不方便，這是因?yàn)殡x子交換劑 必須定期進(jìn)行再生處理，而且洗滌步驟非常耗時(shí)并產(chǎn)生大量的廢物。
[0010] W0 2010/143902公開(kāi)了一種生產(chǎn)包含氣凝膠的氈墊的方法。這里首先將水玻璃與 酸進(jìn)行反應(yīng)并隨后加入醇以生產(chǎn)氣凝膠。隨后用有機(jī)甲硅烷基化劑和有機(jī)溶劑的混合物處 理所生產(chǎn)的凝膠。這里將疏水性凝膠從水相中分離，并用于纖維基質(zhì)的浸漬。然而，通過(guò)該 方法所獲得的疏水性凝膠具有相對(duì)較高的熱導(dǎo)率的缺點(diǎn)。
[0011] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種程序上靈活且經(jīng)濟(jì)上可行的基于堿金屬硅酸鹽水 溶液生產(chǎn)氣凝膠的方法。更具體而言，減少工序的數(shù)量，最大程度地減少溶劑的消耗，并且 提供具有最小熱導(dǎo)率的氣凝膠。
[0012] 該目的通過(guò)制備有機(jī)改性氣凝膠的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包含以下步驟：
[0013] a)將A)至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽與B)至少一種酸反應(yīng)生 成水凝膠，
[0014] b)利用包含具有至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑和至少一種非極性溶劑的混 合物對(duì)水凝膠進(jìn)行改性，
[0015] c)亞臨界干燥所述有機(jī)改性的凝膠，
[0016] 其中，該方法不包含步驟a)和步驟b)之間的用于溶劑交換和/或用于清除鹽的 步驟，并且該方法是在無(wú)醇條件下進(jìn)行的。
[0017] 出人意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法不僅能實(shí)現(xiàn)所述目的，而且能提供一種含鹽量非 常低的氣凝膠。
[0018] 所述至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子優(yōu)選基于鋁、硅、磷、錫、銻、鈦、鉻、鑰、 鶴、鉛、秘、锫、鉿、fu銀、鉭、?l、砷、猛、錸、鋅、鍺、紀(jì)、鈹和銅。
[0019] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，酸性或兩性含氧分子陰離子的鹽是至少一種選自 堿金屬硅酸鹽、堿金屬鈦酸鹽、堿金屬鋁酸鹽和堿金屬磷酸鹽的化合物。更具體而言，所述 陽(yáng)離子可以為選自鈉、鉀和銨中的至少一種。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，酸性或兩性含 氧分子陰離子的鹽為硅酸鈉或硅酸鉀。更優(yōu)選地，酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽 為1至40重量％鈉水玻璃溶液和/或鉀水玻璃溶液。
[0020] 所用的酸可優(yōu)選為選自乙酸、草酸、三氟乙酸、三氯乙酸、碳酸、甲基磺酸、鹽酸、氫 氟酸、硫酸、磷酸、硼酸和硝酸的至少一種。
[0021] 組分A)和B)的混合物的pH值對(duì)于水凝膠的形成速率具有重要作用。例如，在室 溫下堿金屬硅酸鹽與有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的反應(yīng)中，當(dāng)pH值為8至9時(shí)，水凝膠形成通常需要 幾秒至幾分鐘的時(shí)間，然而當(dāng)pH值范圍為2至3時(shí)，水凝膠形成需要幾小時(shí)至幾天的時(shí)間。 在本發(fā)明的上下文中，組分A)和B)的混合物的pH值尤其在2. 5和8之間，優(yōu)選在3. 5和 7之間，更優(yōu)選在4和5.5之間。pH值可直接影響初級(jí)粒子的大小。例如，在基于二氧化硅 的水凝膠形成的情況下，初級(jí)粒子根據(jù)所選擇的pH值可尤其在2和4nm之間，次級(jí)粒子在 10和150nm之間。
[0022] 所用組分A)和B)的溫度也可以影響水凝膠的形成速率和初級(jí)粒徑。更具體而言， 原料的溫度在10和80°C之間，優(yōu)選為在15和30°C之間。
[0023] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽為堿金 屬硅酸鹽時(shí)，在先于步驟b)的步驟a)中所獲得的Si0 2凝膠可以在20至100°C和pH值為2 至12下老化至多12小時(shí)。組分A)和B)的混合物在離開(kāi)表面后的pH值在2. 5和8之間， 優(yōu)選在3. 5和7之間，更優(yōu)選在4和6之間。
[0024] 已發(fā)現(xiàn)凝膠老化最多3小時(shí)是特別有利的，尤其為最多1. 5小時(shí)，尤其優(yōu)選為最多 0.5小時(shí)。這將明顯加速步驟b)中水凝膠的改性，且干燥后同時(shí)獲得一種具有相對(duì)低熱導(dǎo) 率（λ值）的產(chǎn)物。
[0025] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟a)可在下述反應(yīng)器中進(jìn)行，所述反應(yīng)器具有
[0026] α )繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的主體K，和
[0027] β )計(jì)量系統(tǒng)，
[0028] 其中借助于計(jì)量系統(tǒng)，將
[0029] I)i)至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽，和
[0030] ii)至少一種酸
[0031] 施加于旋轉(zhuǎn)體K表面的內(nèi)部區(qū)域，以使得組分i)和ii)的混合物流經(jīng)旋轉(zhuǎn)體K的 表面并流向旋轉(zhuǎn)體K表面的外部區(qū)域，
[0032] II)混合物離開(kāi)表面。
[0033] 在本發(fā)明中，特別優(yōu)選當(dāng)混合物離開(kāi)主體K的表面后pH值在2和12之間。
[0034] 在一個(gè)替代性優(yōu)選實(shí)施方案中，也可以首先加入酸，并通過(guò)快速混合將至少一種 酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽引入酸中。
[0035] 在一個(gè)優(yōu)選的方法變型方案中，將在步驟a)和/或隨后工序之后獲得的凝膠進(jìn)行 粉碎。對(duì)水凝膠粉碎能夠加快步驟b)中的改性和步驟c)中的干燥。合適的用于粉碎凝膠 的方法為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有方法；更具體而言，可以使用低壓擠壓機(jī)。在一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施方案中，水凝膠被粉碎成粒子，其直徑在1. 5和4mm之間。被粉碎的水凝膠在下一 步工序中尤其在步驟b)的改性和步驟c)的干燥期間，是尺寸穩(wěn)定的。
[0036] 在一個(gè)優(yōu)選的方法變形中，可以在水凝膠形成前，將乳濁劑，尤其IR乳濁劑加入 至至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽、至少一種酸和/或它們的混合物中。 為了減少熱導(dǎo)率的輻射貢獻(xiàn)，所使用的IR乳濁劑尤其為炭黑、活性炭、二氧化鈦、氧化鐵、 二氧化鋯或它們的混合物。
[0037] 在步驟b)中所使用的具有至少一種有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑的優(yōu)選基團(tuán)為通 式-Si (R)3的三取代的甲硅烷基，更優(yōu)選為三烷基甲硅烷基和/或三芳基甲硅烷基，其中R 各自獨(dú)立地為不反應(yīng)的有機(jī)基團(tuán)例如Q-Cm烷基或C6_C14芳基，優(yōu)選為Q-Q烷基或苯基， 尤其為甲基、乙基、環(huán)己基或苯基（可額外被官能團(tuán)取代）。為了氣凝膠的永久性疏水化，特 別有利地使用三甲基甲硅烷基基團(tuán)。
[0038] 在步驟b)中使用的具有至少一種有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑可以是至少一種式 (0R2)n的硅烷，其中η = 1至3,其中R1和R2是相同的或不同的，并且獨(dú) 立地為烷基、環(huán)己基或苯基。
[0039] 此外，在步驟b)中使用的具有至少一種有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑可以是式 R3Si-〇-SiR3的二硅氧烷和/或式R3Si-N(H)-SiR 3的二硅氮烷（disilazane)，其中R基團(tuán)是 相同或不同的，并且各自獨(dú)立地為氫原子或不反應(yīng)的有機(jī)、直鏈、支鏈、環(huán)狀、飽和或不飽和 的芳基或雜芳基，并且尤其是相同或不同的，并且各自獨(dú)立地為烷基、環(huán)己基或苯基。
[0040] 在步驟b)中所使用的具有至少一種有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑尤其是至少一種選 自六甲基二硅氮烷、二甲基二氯硅烷、二甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、甲基二氯硅烷、乙基三 甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅 燒、乙基二甲氧基娃燒、甲氧基二甲基娃燒、二甲基氣娃燒和二乙基氣娃燒的化合物。特別 優(yōu)選使用六甲基二硅氮烷作為步驟b)中的甲硅烷基化劑。
[0041] 非極性溶劑優(yōu)選為在20°C下在水中的溶解度小于lg/L，尤其小于0. 5g/L的溶劑。
[0042] 非極性溶劑可尤其優(yōu)選為至少一種式CnH2n+2的烴，其中η為5至20,尤其5至10 的整數(shù)，所述烴尤其為戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷。
[0043] 此外，非極性溶劑可以是一種鹵代烴，尤其為式CnH(2n+2)_mX m，其中η為4至20的整 數(shù)，m為1至（2η+2)的整數(shù)，X為氟、氯、溴或碘。
[0044] 非極性溶劑還可以是至少一種環(huán)烷烴和/或環(huán)烯烴，尤其環(huán)戊烷、環(huán)戊二烯、環(huán)己 烷、環(huán)己烯、環(huán)辛烷、環(huán)辛烯、環(huán)癸烷和環(huán)癸烯。
[0045] 其他可用的非極性溶劑為芳香經(jīng)例如甲苯、苯、二甲苯、三甲苯和乙苯。在另一個(gè) 實(shí)施方案中，非極性溶劑還可以是至少一種醚和/或酯，尤其為乙醚、乙酸正丁酯和甘油三 酯（脂肪），其在20°C下在水中優(yōu)選具有小于lg/L，尤其小于0. 5g/L的溶解度。
[0046] 用于水凝膠改性的混合物更優(yōu)選由具有至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑、更優(yōu) 選為六甲基二硅氮烷以及一種非極性溶劑、尤其己烷所組成。
[0047] 有機(jī)改性凝膠可以尤其在-30至350°C的溫度下和在0· 001至20巴的壓力下進(jìn)行 干燥。尤其適合用于干燥的裝置為流化床干燥機(jī)、轉(zhuǎn)鼓式干燥機(jī)、轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)、盤式干燥 器、螺桿干燥機(jī)、槳式干燥器、滾筒干燥器和冷凍干燥機(jī)。特別優(yōu)選流化床干燥器。
[0048] 本發(fā)明進(jìn)一步提出一種方法，在該方法中，在水凝膠形成前，將纖維加入至至少一 種酸性或兩性含氧分子離子的可溶性鹽中或至少一種酸中和/或它們的混合物中。纖維優(yōu) 選包含至少一種選自以下的纖維：無(wú)機(jī)纖維，例如礦物棉和玻璃纖維；或有機(jī)聚合物纖維， 例如聚酯纖維、聚烯烴纖維和/或聚酰胺纖維，優(yōu)選聚酯纖維。纖維可以具有圓形、三葉形 (trilobal)、五葉形（pentalobal)、八葉形（oktalobal)、帶狀、圣誕樹(shù)形、啞鈴形或其它星 形截面。同樣可以使用空心纖維。這里纖維還可以無(wú)紡布的形式存在。
[0049] 此外，本發(fā)明提供有機(jī)改性氣凝膠作為隔熱材料或隔音材料，作為催化劑載體、氣 體存儲(chǔ)裝置或作為吸附劑的用途。 實(shí)施例
[0050] 本發(fā)明實(shí)施例
[0051] 以下發(fā)明實(shí)施例是在旋轉(zhuǎn)體K上進(jìn)行的，所述旋轉(zhuǎn)體K被構(gòu)造成一個(gè)平滑圓盤 且由鋁構(gòu)成。該圓盤位于軸上并由金屬外殼所包圍，其直徑為20cm。該圓盤溫度通過(guò)熱 載體油由內(nèi)部進(jìn)行控制。類似的反應(yīng)器也詳細(xì)地描述于文件W000/48728、W000/48729、 W000/48730、W000/48731 和 W000/48732 中。
[0052] 二氧化硅水凝膠的生產(chǎn)：
[0053] 在20°C的溫度下，將21. 6重量％的水玻璃溶液（密度：1. 189g/ml，pH 11. 75)以 2. 00ml/秒的流速計(jì)量加入至所述圓盤的中心。同時(shí)，在20°C下，將20重量％的酸性酸溶 液（密度：1. 〇25g/ml，pH 1. 88)以1. 80ml/秒的流速計(jì)量加入至距離圓盤中心的徑向距離 為lcm處。所述圓盤以500轉(zhuǎn)每分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，且控制在溫度20°C。收集離開(kāi)所述圓盤 后的混合物。
[0054] 所得混合物的pH值：5. 05
[0055] 固含量：17重量％
[0056] 凝膠形成時(shí)間：14分鐘
[0057] 利用甲硅烷基化劑進(jìn)行水凝膠改性的通用方法：
[0058] A)
[0059] 將上述實(shí)驗(yàn)中收集的溶液立即轉(zhuǎn)移至一個(gè)模具中（長(zhǎng)3cm，寬3cm，高3cm)，模具被 填滿至邊緣處。之后在給定時(shí)間（1.5至24小時(shí)）內(nèi)進(jìn)行凝膠的老化。
[0060] 老化之后，將所得凝膠立方體（約25g)引入至250ml的螺旋蓋瓶（screwtop bottle)。加入足夠量的己烷（約45g)以覆蓋立方體。隨后，加入20重量％的六甲基二硅 氮烷，基于己烷的量計(jì)。
[0061] 在給定時(shí)間（24小時(shí)、48小時(shí)或72小時(shí)）之后，移除凝膠立方體。剩余的混合物 由己烷相和溶解有鹽的水相組成。用量筒測(cè)定水相的體積。
[0062] 將凝膠立方體引入至100ml蒸餾水中，并利用分散機(jī)以20000轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速剪 切60秒，靜置120分鐘。在此期間，凝膠中仍存在的鈉離子進(jìn)入溶液中。將懸浮液通過(guò)黑 帶式過(guò)濾器（black-band filter)進(jìn)行抽濾。再次將樣品通過(guò)0.45 μ m注射器過(guò)濾器進(jìn)行 過(guò)濾，并用二次蒸餾水稀釋1:40。濾液中洗出的鹽量通過(guò)ICP(電感耦合等離子體）分析進(jìn) 行測(cè)定。使用購(gòu)自Spectro A.I.GmbH&Co.KG的型號(hào)名稱為"Spectro Ciros Vision"的儀 器。這是一種具有電感耦合等離子體激發(fā)源的光電直讀光譜儀。結(jié)果如表1所示。
[0063] B)
[0064] 實(shí)驗(yàn)類似于A)，其區(qū)別在于將老化后的凝膠立方體在低壓擠壓機(jī)中粉碎。使用購(gòu) 自 Fuji Paudal Co Ltd.的型號(hào)名稱為"Dome Granulator Model DG-L1"的儀器。凝膠立 方體被引入至進(jìn)料漏斗中；轉(zhuǎn)動(dòng)速度被設(shè)置為40轉(zhuǎn)/分鐘。擠壓機(jī)機(jī)頭由孔徑為2mm的圓 頂形沖孔薄板組成。凝膠立方體在擠壓機(jī)中被粉碎且被迫穿過(guò)沖孔薄板以便形成圓柱形水 凝膠粒子。所得粒子具有約2mm的直徑和2至4mm的長(zhǎng)度，并用上述相同的方法進(jìn)行改性 和處理。結(jié)果如表2所示。
[0065] 干燥凝膠的典型物理值：
[0066] 將老化1. 5小時(shí)后在低壓擠壓機(jī)中被粉碎成2_粒子的水凝膠用六甲基二硅氮烷 改性24小時(shí)并在減壓（35毫巴）下在180°C的干燥箱中干燥）后的典型物理值：
[0067] λ 值：17. 4mW/m · K
[0068] 孔隙體積：4. 〇2ml/g
[0069] 孔徑：23. Onm
[0070] 表面積：750m2/g
[0071] λ值是在1024毫巴和23°C的溫度下測(cè)定的。
[0072] 使用購(gòu)自 Lambda-Me β technik GmbH Dresden 的型號(hào)名稱為 "Lambda-Meter EP 500"的單板熱導(dǎo)率測(cè)量?jī)x。根據(jù)ISO 8302或EN12667進(jìn)行測(cè)定。
[0073] 使用購(gòu)自Quantachrome GmbH&Co. KG的型號(hào)名稱為"Autosorb"的儀器測(cè)定N2的 吸附和解吸。
[0074] 孔隙體積：4. 55ml/g，借助BJH吸附、4. 64BJH解吸，
[0075] BJH :Barrett, Joyner 和 Halenda 方法
[0076] 孔徑：37. 2nm，借助 BJH 吸附、17. 4nm BJH 解吸，
[0077] 平均值：24. 3nm
[0078] BJH :Barrett, Joyner 和 Halenda 方法
[0079] 表面積：746m2/g，借助多點(diǎn)BET
[0080] BET :Brunauer-Emmett-Telle;r 方法
[0081] 表 1
[0082] 通過(guò)方法A)得到的水凝膠
[0083]
【權(quán)利要求】
1. 用于制備有機(jī)改性氣凝膠的方法，其包含以下步驟 a) 將A)至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽與 B)至少一種酸 進(jìn)行反應(yīng)生成水凝膠， b) 利用包含具有至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑和至少一種非極性溶劑的混合物 對(duì)水凝膠進(jìn)行改性， c) 亞臨界干燥所述有機(jī)改性的凝膠， 其特征在于，該方法不包含步驟a)和步驟b)之間的用于溶劑交換和/或用于清除鹽 的步驟，并且該方法是在無(wú)醇條件下進(jìn)行的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子基于鋁、 娃、憐、錫、鋪、欽、絡(luò)、鑰、鶴、鉛、秘、錯(cuò)、給、?凡、銀、組、砸、神、猛、鍊、鋒、錯(cuò)、?乙、被和銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，酸性或兩性含氧分子陰離子的鹽是至少一種 選自堿金屬娃酸鹽、堿金屬鈦酸鹽、堿金屬錯(cuò)酸鹽和堿金屬磷酸鹽的化合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽為1至 40重量％的鈉水玻璃溶液和/或鉀水玻璃溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所用的酸為選自乙酸、草酸、三氟乙 酸、三氯乙酸、碳酸、甲基磺酸、鹽酸、氫氟酸、硫酸、磷酸、硼酸和硝酸中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在步驟b)之前，步驟a)中獲得的 凝膠在20至100°C以及pH值為2至12的條件下老化至多12小時(shí)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)的方法，其特征在于，具有至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基 化劑是至少一種選自六甲基二硅胺烷、二甲基二氯硅烷、二甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、甲 基二氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅 燒、甲基二甲氧基娃燒、乙基二甲氧基娃燒、甲氧基二甲基娃燒、二甲基氣娃燒和二乙基氣 硅烷的化合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的方法，其特征在于，非極性溶劑是至少一種式CnH2n+2的 烴，其中η為5至20的整數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的方法，其特征在于，用于水凝膠改性的混合物由具有至 少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的甲硅烷基化劑和一種非極性溶劑組成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟a)可在下述反應(yīng)器中進(jìn)行， 所述反應(yīng)器具有 α)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的主體K，和 β)計(jì)量系統(tǒng)， 其中借助于計(jì)量系統(tǒng)，將 I) i)至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽，和 ii)至少一種酸 施加于旋轉(zhuǎn)體K的表面的內(nèi)部區(qū)域，以使組分i)和ii)流經(jīng)旋轉(zhuǎn)體K的表面并流向旋 轉(zhuǎn)體K的表面的外部區(qū)域， II) 混合物離開(kāi)表面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在水凝膠形成前，將纖維加入到 至少一種酸性或兩性含氧分子離子的可溶性鹽中或至少一種酸中和/或它們的混合物中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在水凝膠形成前，將乳濁劑，尤 其IR乳濁劑加入到至少一種酸性或兩性含氧分子陰離子的可溶性鹽或至少一種酸和/或 它們的混合物中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將在步驟a)和/或隨后工序之 后獲得的凝膠粉碎。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13任一項(xiàng)獲得的有機(jī)改性氣凝膠作為隔熱材料或隔音材料，作 為催化劑載體、氣體存儲(chǔ)裝置或作為吸附劑的用途。
【文檔編號(hào)】C01B33/158GK104245582SQ201380018094
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】蔡治中, B·沃爾瑟, S·麥克唐奈爾, M·庫(kù)切拉 申請(qǐng)人:建筑研究和技術(shù)有限公司