CN103408028B - 一种超级绝热材料硅胶的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，属于超级绝热材料生产工艺技术领域。一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：（一）、水凝胶的制备；（二）、有机凝胶的生成；（三）、双塔蒸馏；（四）、疏水化处理；（五）、喷雾干燥；（六）、产品检测。本发明涉及一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，按其生产工艺生产的产品孔容值长期稳定，且主要指标完全达到作为超级绝热材料硅胶所要求的各项技术质量指标，生产工艺也完全可以在工业化生产中实际应用推广，具有良好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，属于超级绝热材料生产工艺技术领域。
背景技术
特种应用领域并且对产品的技术性能有极特殊要求的硅胶品种，目前仍属硅胶最新技术开发的高端领域。比如用作“超级绝热材料”的大孔疏水二氧化硅气凝胶就是其中最具代表性的硅胶品种。
1931年，美国斯坦福大学Kistler首先发现用有机溶剂置换出水凝硅胶孔容中的水份，并控制在溶剂的临界温度下释放出溶剂的蒸气，由于此时气—液界面消失，界面张力趋近于“0”，可以制得其孔容基本不缩孔的气凝胶。七十年代，为了将这一个研究成果用于工业化生产，并且随着在应用中对大孔硅胶的需求，开始对制得大孔硅胶并且在应用中其孔容不随着时间和环境条件变化而缩孔引起重视。先后采用了三种技术进行研究和制造大孔硅胶：采用选择性溶剂置换技术；通过溶剂与水恒沸蒸馏，置换水凝胶中的水分；采用深度降温冷却干燥技术制备大孔气凝胶。
八十年代，研究了用乙酸乙酯恒沸蒸馏的技术，制备孔容可以达到2.0~2.5ml/g的大孔气凝胶，并发表相关论文。
因为硅胶在干燥过程中，由于微孔中的水分的表面张力约为72达因/厘米。根据开尔文公式 ，当孔径为1nm时，微孔内水份蒸发时，对孔壁的压力达0.15MPa，因此在常规条件下，干燥时硅胶的微孔收缩，这就很难做到孔容大于1.0ml/g的硅胶产品。所以采用溶剂与水恒沸蒸馏等技术可以制得孔容超过2.0ml/g的大孔硅胶。但实际上二氧化硅气凝胶是不稳定的，在空气中吸潮后，孔容会逐渐变小。只有把二氧化硅疏水后，其孔容才能稳定，才能达到其应用效果，有理想的工业生产价值。
发明内容
本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足，提供一种孔径、孔容较大且孔容稳定的超级绝热材料硅胶的生产工艺。
本发明的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，特殊之处在于包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
将凝胶切割成块状，水洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，得水凝胶备用；
（二）、有机凝胶的生成：
将水凝胶置入蒸馏釜，随后加入水的共沸有机物，在共沸点温度下水凝胶中的水相被共沸有机物带出，蒸馏过程中不断补充水的共沸有机物，至水凝胶中的水相完全被共沸有机物代替；
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和共沸有机物蒸汽混合物经由冷凝器4冷凝为液相并分层，经双塔蒸馏处理合并到蒸馏釜2中循环使用；
（四）、疏水化处理：
蒸馏釜内的有机凝胶经共沸有机物置换后排出并压滤回收有机物，滤饼打浆后加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后泵入喷雾干燥器储槽；
（五）、喷雾干燥：
步骤（四）中的料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品；
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。
所述双塔蒸馏具体处理如下：①冷凝器4的上层流出物为含少量水分的共沸有机物，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%的共沸有机物，进入蒸馏釜2，而塔顶蒸汽经冷凝器4与上述蒸馏釜2中的冷凝液合并；②冷凝器4的下层流出物为含少量共沸有机物的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为基本不含有机物的水，做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
所述喷雾干燥步骤（五）中，喷雾干燥器中料浆的进口温度为300-350℃，出口温度为120-125℃。
所述疏水化处理步骤（四）中，硅烷偶联剂的质量百分浓度为6-8%。
所述共沸有机物为正丁醇、1-戊醇、异戊醇、1-己醇、1-辛醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、碳酸二乙酯、苯、二甲苯中的任意一种。
所述硅烷偶联剂为氨基甲氧基硅烷、甲基氯硅烷、甲基乙氧基硅烷、乙基甲氧基硅烷、乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷中的任意一种或几种。
本生产工艺生产的超级绝热材料硅胶，其比表面积大于500 m2/g，孔径大于20nm，孔容大于2.6 ml/g，且孔容值稳定。
本发明涉及一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，按其生产工艺生产的产品孔容值长期稳定，且主要指标完全达到作为超级绝热材料硅胶所要求的各项技术质量指标，生产工艺也完全可以在工业化生产中实际应用推广，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1：本发明一种超级绝热材料硅胶的生产工艺的有机溶剂置换和双塔蒸馏示意图；
1：打浆机；2：蒸馏釜；3：混合器；4：冷凝器；5:第一蒸馏塔；6:第二蒸馏塔。
具体实施方式
以下参照附图，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。
实施例1
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为16%的水玻璃与浓度为26%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.0，游离酸0.2-0.7%，反应温度20℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为48小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为6%的六甲基二硅氮烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为315℃，出口温度为120℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为518 m2/g，孔容为2.65 ml/g，平均孔径为21.4nm，密度为122kg/m3,导热系数为0.013w/mk，疏水度为25.8%。
实施例2
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为18%的水玻璃与浓度为28%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.2，游离酸0.2-0.7%，反应温度25℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为45小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为7%的六甲基二硅氮烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为320℃，出口温度为121℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为523 m2/g，孔容为2.70 ml/g，平均孔径为22.1nm，密度为113kg/m3,导热系数为0.012w/mk，疏水度为26.5%。
实施例3
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为20%的水玻璃与浓度为30%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.5，游离酸0.2-0.7%，反应温度30℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为40小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为8%的氨基甲氧基硅烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为335℃，出口温度为123℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为527 m2/g，孔容为2.77ml/g，平均孔径为21.9nm，密度为107kg/m3,导热系数为0.011w/mk，疏水度为28.6%。
实施例4
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为20%的水玻璃与浓度为28%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.3，游离酸0.2-0.7%，反应温度28℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为42小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为7%的氨基甲氧基硅烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为326℃，出口温度为122℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为516 m2/g，孔容为2.78ml/g，平均孔径为22.5nm，密度为98kg/m3,导热系数为0.011w/mk，疏水度为27.9%。
实施例5
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为17%的水玻璃与浓度为28%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.5，游离酸0.2-0.7%，反应温度26℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为46小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对于蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为8%的甲基乙氧基硅烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为338℃，出口温度为124℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为521 m2/g，孔容为2.63ml/g，平均孔径为21.7nm，密度为126kg/m3,导热系数为0.014w/mk，疏水度为27.3%。
实施例6
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为19%的水玻璃与浓度为30%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.1，游离酸0.2-0.7%，反应温度27℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为38小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入正丁醇，在正丁醇和水的共沸点92.7℃温度下形成共沸，其气相组成，正丁醇为57.3%，水为42.5%，水凝胶中的水相被正丁醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充正丁醇，至水凝胶中的水相完全被正丁醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和正丁醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含20%水分的正丁醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%正丁醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的正丁醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含7-8%正丁醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含正丁醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
正丁醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为6%的甲基乙氧基硅烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为323℃，出口温度为121℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为526 m2/g，孔容为2.72ml/g，平均孔径为22.3nm，密度为110kg/m3,导热系数为0.012w/mk，疏水度为29.1%。
实施例7
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为20%的水玻璃与浓度为28%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.3，游离酸0.2-0.7%，反应温度25℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为40小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入乙酸乙酯，在乙酸乙酯和水的共沸点温度下形成共沸，水凝胶中的水相被乙酸乙酯带出，不断地向蒸馏釜2中补充乙酸乙酯，至水凝胶中的水相完全被乙酸乙酯代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和乙酸乙酯蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含少量水分的乙酸乙酯，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%乙酸乙酯，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的乙酸乙酯，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含少量乙酸乙酯的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含乙酸乙酯，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
乙酸乙酯把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为7%的氨基甲氧基硅烷、甲基乙氧基硅烷混合作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为325℃，出口温度为123℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为520 m2/g，孔容为2.71ml/g，平均孔径为21.8nm，密度为109kg/m3,导热系数为0.012w/mk，疏水度为28.2%。
实施例8
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为17%的水玻璃与浓度为26%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.4，游离酸0.2-0.7%，反应温度24℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为46小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入异戊醇，在异戊醇和水的共沸点温度下形成共沸，水凝胶中的水相被异戊醇带出，不断地向蒸馏釜2中补充异戊醇，至水凝胶中的水相完全被异戊醇代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和异戊醇蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含少量水分的异戊醇，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%异戊醇，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的异戊醇，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含少量异戊醇的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含异戊醇，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
异戊醇把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为6%的甲基乙氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷混合作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为342℃，出口温度为125℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为518 m2/g，孔容为2.67ml/g，平均孔径为21.7nm，密度为115kg/m3,导热系数为0.011w/mk，疏水度为25.6%。
实施例9
本实施例的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺包括以下生产步骤：
（一）、水凝胶的制备：
采用传统的水凝胶制备方法,将SiO2 浓度为16%的水玻璃与浓度为30%的稀硫酸分别泵入混合器3，在喷嘴中快速混合形成溶胶，溶胶生成的反应条件为PH值达2.3，游离酸0.2-0.7%，反应温度30℃，流入凝胶槽中，放置至溶胶胶凝，进行老化，老化时间为42小时。
老化后将凝胶切割成2.5-3.5cm的小块，放入水洗槽，先用自来水洗，再用去离子水洗，洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，备用。
（二）、有机凝胶的生成：
把水凝胶装入蒸馏釜2，加入二甲苯，在二甲苯和水的共沸点温度下形成共沸，水凝胶中的水相被二甲苯带出，不断地向蒸馏釜2中补充二甲苯，至水凝胶中的水相完全被二甲苯代替。
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜2出来的水蒸气和二甲苯蒸汽混合物经冷凝器4成为液相，并分层，具体处理如下：①上层流出物为含少量水分的二甲苯，进入第二蒸馏塔6，塔底流出物是接近100%二甲苯，进入蒸馏釜2，以补充共沸所用的二甲苯，而塔顶蒸汽经冷凝器4与蒸馏釜2中的冷凝液合并；②下层流出物为含少量二甲苯的水，进入第一蒸馏塔5，塔底流出物为水，基本不含二甲苯，可以做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器4后再与蒸馏釜2中的冷凝液合并。
（四）、疏水化处理：
二甲苯把水凝胶中的水分全部置换之后，对蒸馏釜2排出的料浆压滤并回收有机物，滤饼经打浆机1打浆，加入质量百分浓度为8%的乙烯基甲氧基硅烷作为疏水化剂，搅拌均匀，泵入喷雾干燥器储槽。
（五）、喷雾干燥：
料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品,料浆进口温度为318℃，出口温度为121℃。
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比。本实施例中所得产品的比表面积为527 m2/g，孔容为2.76ml/g，平均孔径为22.7nm，密度为118kg/m3,导热系数为0.013w/mk，疏水度为28.2%。
对产品疏水化度测定：在50ml烧杯中加入1.00克样品，添加25ml去离子水，用无水乙醇滴定，记下将样品完全润湿时消耗无水乙醇的体积。疏水化度=V/（25+V）*100%，V—无水乙醇滴定的体积。六个实施例中所得产品疏水化度与DEGUSSA的疏水化产品的对比见下表。
*R972为DEGUSSA的疏水化产品
本发明生产工艺制备的大孔疏水二氧化硅气凝胶完全符合超级绝热材料的技术要求。其主要技术特征是具有高通透性的的三维网状结构，空隙率大于90%以上，比表面达到500~600㎡/g，孔容最大达到3ml/g，并且通过孔容和比表面积的调节，其微孔孔径大小在50nm以下，比常压下气体分子的平均自由程要小，使得在微孔中的气体分子对热传导受到抑制，其固态热导率比相应的玻璃态低2~3个数量级，通过对其孔隙率和孔径大小的控制，其折射率可接近1，而对红外和可见光之比达100以上，能有效的透过太阳光，并阻止环境的红外热辐射。目前，国外硅胶行业对作为超级绝热材料硅胶一般认定为：其比表面达到500m2/g，孔容达到2.6 ml/g，平均孔径达到20nm。
几种典型材料的热特性对比
从以上对比可以看出，大孔疏水二氧化硅气凝胶的导热系数仅为目前被认为最理想的空气的50%，是目前真正有资格称为“超级绝热材料”的产品。
Claims (6)
1.一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于包括以下具体步骤：
（一）、水凝胶的制备：
将凝胶切割成块状，水洗至凝胶中SO4 2-质量百分浓度小于0.1%，得水凝胶备用；
（二）、有机凝胶的生成：
将水凝胶置入蒸馏釜，随后加入水的共沸有机物，蒸馏过程中不断补充水的共沸有机物，至水凝胶中的水相完全被共沸有机物代替；
（三）、双塔蒸馏：
从蒸馏釜(2)出来的水蒸气和共沸有机物蒸汽混合物经由冷凝器(4)冷凝为液相并分层，经双塔蒸馏处理合并到蒸馏釜(2)中循环使用；
（四）、疏水化处理：
蒸馏釜内的有机凝胶经共沸有机物置换后排出并压滤回收有机物，滤饼打浆后加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后泵入喷雾干燥器储槽；
（五）、喷雾干燥：
步骤（四）中的料浆进入采用氮气循环的喷雾干燥器中进行干燥并得到产品；
（六）、产品检测：
对产品的物性指标和应用性能技术指标进行检测，并与作为超级绝热材料所要求的疏水大孔二氧化硅气凝胶的技术指标进行对比；
所述双塔蒸馏具体处理如下：①冷凝器(4)的上层流出物为含少量水分的共沸有机物，进入第二蒸馏塔(6)，塔底流出物是接近100%的共沸有机物，进入蒸馏釜(2)，而塔顶蒸汽经冷凝器(4)与上述蒸馏釜(2)中的冷凝液合并；②冷凝器(4)的下层流出物为含少量共沸有机物的水，进入第一蒸馏塔(5)，塔底流出物为基本不含有机物的水，做为水凝胶的洗涤水，塔顶流出物经冷凝器(4)后再与蒸馏釜(2)中的冷凝液合并。
2.如权利要求1所述的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于所述疏水化处理步骤（四）中，硅烷偶联剂的质量百分浓度为6-8%。
3.如权利要求1所述的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于所述喷雾干燥步骤（五）中，喷雾干燥器中料浆的进口温度为300-350℃，出口温度为120-125℃。
4.如权利要求1所述的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于所述共沸有机物为正丁醇、1-戊醇、异戊醇、1-己醇、1-辛醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、碳酸二乙酯、苯、二甲苯中的任意一种。
5.如权利要求1所述的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于所述硅烷偶联剂为氨基甲氧基硅烷、甲基氯硅烷、甲基乙氧基硅烷、乙基甲氧基硅烷、乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷中的任意一种或几种。
6.如权利要求1或2所述的一种超级绝热材料硅胶的生产工艺，其特征在于该工艺生产制得的硅胶比表面积大于500 m2/g，孔径大于20nm，孔容大于2.6 ml/g，且孔容值稳定。
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