CN106810139A - 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法 - Google Patents

一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106810139A
CN106810139A CN201611233820.0A CN201611233820A CN106810139A CN 106810139 A CN106810139 A CN 106810139A CN 201611233820 A CN201611233820 A CN 201611233820A CN 106810139 A CN106810139 A CN 106810139A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
silica aerogel
hydrophobic silica
aerogel composite
ultrasonic wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611233820.0A
Other languages
English (en)
Inventor
潘月磊
刘忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
I Cornaro (beijing) Technology Development Co Ltd
Original Assignee
I Cornaro (beijing) Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by I Cornaro (beijing) Technology Development Co Ltd filed Critical I Cornaro (beijing) Technology Development Co Ltd
Priority to CN201611233820.0A priority Critical patent/CN106810139A/zh
Publication of CN106810139A publication Critical patent/CN106810139A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/005—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing gelatineous or gel forming binders, e.g. gelatineous Al(OH)3, sol-gel binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157—After-treatment of gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157—After-treatment of gels
    • C01B33/158—Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585—Dehydration into aerogels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/40—Porous or lightweight materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values
    • C04B2201/32—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values for the thermal conductivity, e.g. K-factors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至3‑5，得到溶液B；将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；将湿凝胶纤维毡垫进行老化；将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。本发明提出的超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其过程简单，周期短，成本低。

Description

一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法
技术领域
本发明涉及保温节能材料技术领域，尤其涉及一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法。
背景技术
二氧化硅气凝胶是一种具有独特纳米多孔结构的材料，其内部随机分布着相互交织的三维网络结构。这种特殊的结构赋予了这种材料，高孔隙率，高比表面积，低密度，多介孔，低导热系数等优异特征。基于这些优良特性，二氧化硅气凝胶在建筑隔音、催化剂载体，尤其是保温隔热领域得到了极大的关注和应用。二氧化硅气凝胶内部分布的大量介孔结构，导致空气无法在其内部自由流动，大大减少了热交换过程。另一方面，其众横交错的三维网状交联特征，使得热传导过程变得极其困难，大部分的能量都会在此过程中消耗掉，而不能传导至另一端，能有效阻隔寒冷的季节里，室内热量向室外的传播，是一种理想的保温隔热材料。然而，SiO2气凝胶的强度较低，整体的制备成本很高，很难形成大块的整体形状，工业产品中多为粉体，这给S iO2气凝胶的大规模应用带来了极大的局限性。
中国专利CN101823867A公开了一种芳纶纤维增韧的二氧化硅气凝胶隔热保温材料的制备方法。该方法中用的前驱体为硅酯类有机物(正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯等)，用芳纶纤维作为增韧掺杂物，采用常压分级干燥方法制备二氧化硅气凝胶毡垫。该方法制备成本较高，所使用的有机溶剂较多，制备环节复杂。制备过程中，人力劳动投入较大，且涉及到一些有毒溶剂，对人体和环境易于造成伤害。
中国专利CN101973752A提供了一种玻璃纤维增强二氧化硅复合材料的制备方法。该方法以正硅酸四乙酯为前驱体，甲基三甲氧基硅烷为共前驱体，用玻璃纤维作为增强添加物。通过TMCS改性，常压干燥得到玻璃纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料。但是该方法的制备周期长，所用的前驱体正硅酸四乙酯成本较高，不利于工业化的大规模生产。
在公开号为CN104478394A的中国专利中，提供给了一种以工业水玻璃为前驱体，用硅烷改性剂进行表面改性处理得到二氧化硅气凝胶粉末。将所制得的二氧化硅气凝胶粉末与纤维毡相互掺混，从而得到纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料。该方法的制备周期较长，并且需要对粉末进行分散，容易导致在纤维内层分布不均匀的情况出现。
制备纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料面临着原料成本的核算，以及制备周期和操作程序的复杂性综合考量。现在市面上气凝胶产品主要是硅酯类作为前驱体，超临界干燥作为制备的手段。但是这种方法制备的成本较高，不利于大规模的生产和推广。纤维增强型二氧化硅气凝胶在管道的保温，建筑保温方面表现优异，寻求制备周期短，生产成本低，工艺简单的制备方法是解决二氧化硅复合材料大规模使用的关键因素。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其过程简单，周期短，成本低。
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至3-5，得到溶液B；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
优选地，在S1中，水玻璃与水的体积比为1：1-1：5；在混合水解反应的过程中，温度为20-60℃，时间为10-50min。
优选地，在S1和S5中，酸为氢氟酸、盐酸、硫酸、草酸、醋酸中的一种或者多种的混合物，且所述酸溶液的浓度为0.1-12mol/L。
优选地，在S1中，与酸溶液混合水解反应后还包括加入强酸性阳离子树脂搅拌均匀得到溶液A。
优选地，在S2中，所述碱性催化剂为氨水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液中的一种，且所述碱性催化剂的浓度为0.01-5mol/L。
优选地，在S3中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇中的一种或者多种的混合物，且有机溶剂与水玻璃的体积比为1：0.5-1：5。
优选地，在S4中，老化的温度为20-60℃，老化的时间为1-48h。
优选地，在S5中，加入硅烷改性剂以及酸溶液的过程中，还包括加入醇类溶剂；所述硅烷改性剂为MTMS、DMCS、TMCS、TMCSA、TMBS、TMMS、TMOS、TMS、HMDSO、HMDZ中的一种或者多种的混合物；湿凝胶纤维毡垫与硅烷改性剂的体积比为1：0.8-1：5，湿凝胶纤维毡垫与酸溶液的体积比为1：0.1-1.5。
优选地，在S5中，在超声改性的过程中，超声发生器的频率为20-60KHz，温度为35-90℃，超声时间为3-12h。
优选地，在S5中，在烘箱干燥的过程中，烘箱的温度为60-250℃，干燥的时间为6-24h。
本发明中，通过化学合成的方法，利用水玻璃作为前驱体，通过玻璃纤维增韧的方式制备了二氧化硅气凝胶复合材料；在制备的过程中，一方面，通过采用超声辅助的硅烷改性剂改性提高了反应的速度，另一方面，通过在凝胶前加入有机溶剂的方式，进一步提高了反应的速度，使本发明相较于传统的表面改性方式，改性效果更好，效率更高，制备周期更短，成本更低。在整个反应过程中，有机溶剂使用量很少，且大部分可重复利用和回收，适用于大规模的工业化生产。并且这种方法可控程度高，准确率高；并且本发明操作简便，反应条件温和，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例3所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法的反应机理图。
图2为本发明实施例3所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料的毡垫成品图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至5，得到溶液B；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料,其相关参数见下：导热系数为0.0234W/(m·K)，疏水角为164.5°，密度为0.208g/cm3。
实施例2
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至3，得到溶液B；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料,其相关参数见下：导热系数为0.0237W/(m·K)，疏水角为166.1°，密度为0.213g/cm3。
实施例3
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；其中，水玻璃与水的体积比为1：1；在混合水解反应的过程中，温度为60℃，时间为10min；酸为盐酸，且所述酸溶液的浓度为12mol/L；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至3，得到溶液B；其中，所述碱性催化剂为碳酸钠溶液，且所述碱性催化剂的浓度为0.01mol/L；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；其中，所述有机溶剂为乙醇，且有机溶剂与水玻璃的体积比为1：0.5；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；其中，老化的温度为20℃，老化的时间为48h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料；其中，所述硅烷改性剂为TMCS；湿凝胶纤维毡垫与硅烷改性剂的体积比为1：5，湿凝胶纤维毡垫与酸溶液的体积比为1：0.1；酸为盐酸，且所述酸溶液的浓度为12mol/L；在超声改性的过程中，超声发生器的频率为20KHz，温度为90℃，超声时间为3h；在烘箱干燥的过程中，烘箱的温度为250℃，干燥的时间为6h。
图1为本实施例所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法的反应机理图；由图1可知，在反应(1)中，水玻璃与酸溶液发生水解反应，生成正硅酸。每个正硅酸分子上接有四个羟基官能团，有利于分子间的交联反应。反应(2)中，正硅酸在碱性催化剂的作用下发生缩聚反应，湿凝胶随之生成，并与玻璃纤维紧密包裹。反应(3)中，TMCS对高度交联的硅氧高分子进行表面改性，取代其表面的羟基基团，形成新的Si-O-S i(CH3)3基团，微观上，交联高分子的表面能降低，在干燥的过程中，甲基基团相互形成斥力，以抵消部分干燥时产生的毛细管压力差。宏观上，表面大量的甲基基团，表现出极佳的疏水性能。超声波的能流密度大，方向性好，并且穿透力强，在酸溶液与硅烷改性剂混合溶液中产生空化现象，本不相容的水相和油相相互均匀混合，形成乳液。空化产生的大量微小气泡不断生长，不断破裂，回生成剧烈的震荡波，加速水相以及油相之间的接触和碰撞。反应进程大大加快，表面改性时间大大缩短，改性更能深入纤维内部，更加彻底。干燥后，气凝胶紧紧吸附在纤维丝的表面，不易脱落，在整个玻璃纤维内部均匀分布，展现出良好的均一性，导热系数低于0.024W/(m·K),疏水角大于160°。
图2为本发明实施例所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料的毡垫成品图；由图2可知，采用超声辅助制备的二氧化硅毡垫表面平整，气凝胶均匀分布于纤维表面。在其表面滴上些许3微升的水滴，进行疏水角测试，发现其疏水角均值为163.2°，为超疏水性材料。说明复合材料表面改性非常彻底，表面-OH基团被-CH3所取代，气凝胶骨架结构表现完整且坚固。介孔结构保持不变，导热系数从而表现异常优异。
实施例4
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；其中，水玻璃与水的体积比为1：5；在混合水解反应的过程中，温度为20℃，时间为50min；酸为氢氟酸，且所述酸溶液的浓度为0.1mol/L；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至5，得到溶液B；其中，所述碱性催化剂为氨水，且所述碱性催化剂的浓度为5mol/L；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；其中，所述有机溶剂为甲醇，且有机溶剂与水玻璃的体积比为1：5；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；其中，老化的温度为60℃，老化的时间为1h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料；其中，所述硅烷改性剂为MTMS；湿凝胶纤维毡垫与硅烷改性剂的体积比为1：0.8，湿凝胶纤维毡垫与酸溶液的体积比为1：1.5；酸为氢氟酸，且所述酸溶液的浓度为0.1mol/L；在超声改性的过程中，超声发生器的频率为60KHz，温度为35℃，超声时间为12h；在烘箱干燥的过程中，烘箱的温度为60℃，干燥的时间为24h。经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料,其相关参数见下：导热系数为0.0227W/(m·K)，疏水角为160.9°，密度为0.203g/cm3。
实施例5
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应，然后加入强酸性阳离子树脂搅拌均匀后得到溶液A；其中，水玻璃与水的体积比为1：3；在混合水解反应的过程中，温度为45℃，时间为30min；酸为硫酸、草酸的混合物，且所述酸溶液的浓度为6mol/L；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至4，得到溶液B；其中，所述碱性催化剂为碳酸氢钠溶液，且所述碱性催化剂的浓度为2mol/L；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；其中，所述有机溶剂为乙二醇、丙醇的混合物，且有机溶剂与水玻璃的体积比为1：1；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；其中，老化的温度为45℃，老化的时间为20h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂、醇类溶剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料；其中，所述硅烷改性剂为MTMS、DMCS的混合物；湿凝胶纤维毡垫与硅烷改性剂的体积比为1：2，湿凝胶纤维毡垫与酸溶液的体积比为1：0.8；酸为硫酸、草酸的混合物，且所述酸溶液的浓度为6mol/L；在超声改性的过程中，超声发生器的频率为35KHz，温度为60℃，超声时间为10h；在烘箱干燥的过程中，烘箱的温度为120℃，干燥的时间为12h。经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料,其相关参数见下：导热系数为0.0241W/(m·K)，疏水角为160.2°，密度为0.207g/cm3。
实施例6
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将80ml水玻璃用160ml水稀释，混合搅拌10min，与12ml、浓度为12mol/L的盐酸混合水解反应10min后得到溶液A；其中，水玻璃的质量百分数为34％，模数：Na2O:SiO2＝1:3.33；
S2、往溶液A中加入2mol/L的氨水，调节溶液pH值至5，得到溶液B；
S3、将150ml甲醇加入溶液B中，搅拌2min后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫在40℃的水浴中进行老化6h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入TMCS、甲醇和盐酸的混合液，其中，TMCS、甲醇与盐酸的体积比为2：0.5：0.1，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，其中，超声的频率为35KHZ，温度为60℃，时间为8h，经120℃烘箱干燥6h后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
对本实施例制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料进行性能检测，其导热系数为0.0237W/(m·K)，疏水角为158.3°，抗压强度可达到0.405MPa。
实施例7
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将80ml水玻璃用240ml水稀释，混合搅拌10min，与11ml、浓度为5mol/L的硫酸溶液混合水解反应15min后得到溶液A；其中，水玻璃的质量百分数为34％，模数：Na2O:SiO2＝1:3.33；
S2、往溶液A中加入按体积比1:3稀释的硅酸钠溶液，调节溶液pH值至4，得到溶液B；
S3、将80ml乙醇加入溶液B中，搅拌2min后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫在40℃的水浴中进行老化6h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入TMOS和浓盐酸的混合液，其中，TMOS和浓盐酸的混合液体积比为1：0.3，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，其中，超声的频率为53KHZ，温度为70℃，时间为4h，经150℃烘箱干燥12h后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
对本实施例制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料进行性能检测，其导热系数为0.0232W/(m·K)，疏水角为154.7°，抗压强度可达到0.412MPa。
实施例8
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将80ml水玻璃用80ml水稀释，混合搅拌10min，与15ml浓盐酸混合水解反应15min后得到溶液A；其中，水玻璃的质量百分数为34％，模数为Na2O:SiO2＝1:1.5；
S2、往溶液A中加入2mol/L的氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至4，得到溶液B；
S3、将160ml丙醇加入溶液B中，搅拌2min后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫在50℃的水浴中进行老化5.5h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入HMDSO与浓盐酸的混合液，其中，HMDSO与浓盐酸的体积比为1：0.4，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，其中，超声的频率为25KHZ，温度为70℃，时间为6h，经200℃烘箱干燥6h后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
对本实施例制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料进行性能检测，其导热系数为0.0235W/(m·K)，疏水角为160.3°，抗压强度可达到0.409MPa。
实施例9
本发明提出的一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
S1、将80ml水玻璃用80ml水稀释，混合搅拌10min，与15ml浓盐酸混合水解反应15min，然后加入强酸性阳离子树脂搅拌均匀后得到溶液A；其中，水玻璃的质量百分数为34％，模数为Na2O:SiO2＝1:1.5；
S2、往溶液A中加入2mol/L的氨水，调节溶液pH值至5，得到溶液B；
S3、将160ml丙醇加入溶液B中，搅拌2min后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫在60℃的烘灯下进行老化4h；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入MTMS、丙醇和浓盐酸的混合液，其中，MTMS、丙醇和浓盐酸的体积比为1：0.6：0.3，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，其中，超声的频率为45KHz，温度为70℃，时间为6h，经200℃烘箱干燥6h后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
对本实施例制备的疏水二氧化硅气凝胶复合材料进行性能检测，其导热系数为0.0237W/(m·K)，疏水角为162.4°，抗压强度可达到0.414MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水玻璃用水稀释，与酸溶液混合水解反应后得到溶液A；
S2、往溶液A中加入碱性催化剂，调节溶液pH值至3-5，得到溶液B；
S3、将有机溶剂加入溶液B中，搅拌均匀后倒入载有玻璃纤维毡的模具中，得到湿凝胶纤维毡垫；
S4、将湿凝胶纤维毡垫进行老化；
S5、将老化后的湿凝胶纤维毡垫置于容器中，加入硅烷改性剂以及酸溶液，然后将容器置于超声发生器中进行超声改性，经烘箱干燥后得到所述疏水二氧化硅气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S1中，水玻璃与水的体积比为1：1-1：5；在混合水解反应的过程中，温度为20-60℃，时间为10-50min。
3.根据权利要求1或2所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S1和S5中，酸为氢氟酸、盐酸、硫酸、草酸、醋酸中的一种或者多种的混合物，且所述酸溶液的浓度为0.1-12mol/L。
4.根据权利要求1-3中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S1中，与酸溶液混合水解反应后还包括加入强酸性阳离子树脂搅拌均匀得到溶液A。
5.根据权利要求1-4中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S2中，所述碱性催化剂为氨水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液中的一种，且所述碱性催化剂的浓度为0.01-5mol/L。
6.根据权利要求1-5中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S3中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇中的一种或者多种的混合物，且有机溶剂与水玻璃的体积比为1：0.5-1：5。
7.根据权利要求1-6中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S4中，老化的温度为20-60℃，老化的时间为1-48h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S5中，加入硅烷改性剂以及酸溶液的过程中，还包括加入醇类溶剂；所述硅烷改性剂为MTMS、DMCS、TMCS、TMCSA、TMBS、TMMS、TMS、HMDSO、HMDZ中的一种或者多种的混合物；湿凝胶纤维毡垫与硅烷改性剂的体积比为1：0.8-1：5，湿凝胶纤维毡垫与酸溶液的体积比为1：0.1-1.5。
9.根据权利要求1-8中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S5中，在超声改性的过程中，超声发生器的频率为20-60KHz，温度为35-90℃，超声时间为3-12h。
10.根据权利要求1-9中任一项所述超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在S5中，在烘箱干燥的过程中，烘箱的温度为60-250℃，干燥的时间为6-24h。
CN201611233820.0A 2016-12-28 2016-12-28 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法 Pending CN106810139A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611233820.0A CN106810139A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611233820.0A CN106810139A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106810139A true CN106810139A (zh) 2017-06-09

Family

ID=59110819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611233820.0A Pending CN106810139A (zh) 2016-12-28 2016-12-28 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106810139A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110565366A (zh) * 2019-08-26 2019-12-13 爱彼爱和新材料有限公司 一种硅气凝胶复合材料的制备方法
CN110770168A (zh) * 2017-08-24 2020-02-07 株式会社Lg化学 制造二氧化硅气凝胶毡的方法和制造其的设备
CN111304910A (zh) * 2020-02-14 2020-06-19 中南大学 陶瓷纤维/疏水性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
CN112592149A (zh) * 2020-12-31 2021-04-02 山东大学 一种以水玻璃为原料单次溶剂交换快速制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法
CN113135732A (zh) * 2020-01-17 2021-07-20 北京蓝星清洗有限公司 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
CN113563047A (zh) * 2021-05-16 2021-10-29 响水华夏特材科技发展有限公司 一种气凝胶材料的制备方法及应用
CN113666712A (zh) * 2021-09-09 2021-11-19 中国科学技术大学先进技术研究院 反应釜及二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法
CN115003642A (zh) * 2020-10-15 2022-09-02 株式会社Lg化学 制备气凝胶毡的方法和由此制备的气凝胶毡

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104478394A (zh) * 2014-11-24 2015-04-01 天津大学 一种纤维毡增强二氧化硅气凝胶复合板的制备方法
CN105272143A (zh) * 2015-12-06 2016-01-27 北京工业大学 一种不同长度海泡石纤维增强的低成本疏水型二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法
CN105377758A (zh) * 2014-02-06 2016-03-02 Lg化学株式会社 疏水二氧化硅气凝胶的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105377758A (zh) * 2014-02-06 2016-03-02 Lg化学株式会社 疏水二氧化硅气凝胶的制备方法
CN104478394A (zh) * 2014-11-24 2015-04-01 天津大学 一种纤维毡增强二氧化硅气凝胶复合板的制备方法
CN105272143A (zh) * 2015-12-06 2016-01-27 北京工业大学 一种不同长度海泡石纤维增强的低成本疏水型二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110770168A (zh) * 2017-08-24 2020-02-07 株式会社Lg化学 制造二氧化硅气凝胶毡的方法和制造其的设备
US11554962B2 (en) 2017-08-24 2023-01-17 Lg Chem, Ltd. Method for producing silica aerogel blanket and apparatus for producing same
CN110770168B (zh) * 2017-08-24 2023-04-21 株式会社Lg化学 制造二氧化硅气凝胶毡的方法和制造其的设备
CN110565366A (zh) * 2019-08-26 2019-12-13 爱彼爱和新材料有限公司 一种硅气凝胶复合材料的制备方法
CN113135732A (zh) * 2020-01-17 2021-07-20 北京蓝星清洗有限公司 一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
CN111304910A (zh) * 2020-02-14 2020-06-19 中南大学 陶瓷纤维/疏水性二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
CN115003642A (zh) * 2020-10-15 2022-09-02 株式会社Lg化学 制备气凝胶毡的方法和由此制备的气凝胶毡
CN112592149A (zh) * 2020-12-31 2021-04-02 山东大学 一种以水玻璃为原料单次溶剂交换快速制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法
CN113563047A (zh) * 2021-05-16 2021-10-29 响水华夏特材科技发展有限公司 一种气凝胶材料的制备方法及应用
CN113666712A (zh) * 2021-09-09 2021-11-19 中国科学技术大学先进技术研究院 反应釜及二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法
WO2023035578A1 (zh) * 2021-09-09 2023-03-16 中国科学技术大学先进技术研究院 反应釜及二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106810139A (zh) 一种超声辅助制备疏水二氧化硅气凝胶复合材料的方法
CN102584162B (zh) 一种一元或多元气凝胶隔热材料及其制备方法
CN108658576A (zh) 一种复合二氧化硅气凝胶毡的制备方法
CN108658573A (zh) 一种防脱粉气凝胶复合保温毡
CN106752561A (zh) 一种气凝胶复合隔热涂料及其制备方法
CN106431187A (zh) 一种纤维复合二氧化硅气凝胶隔热材料及其制备方法
CN104891934B (zh) 气凝胶隔热材料及其制备方法
CN107263948B (zh) 一种防火保温装饰一体化板及其制备方法
CN110127705A (zh) 一种氧化石墨烯改性的阻燃硅气凝胶的制备方法
CN107244882A (zh) 一种二氧化硅气凝胶毡及其制备方法
CN108793173B (zh) 一种采用外循环方式常压干燥制备改性二氧化硅气凝胶材料的方法
CN108529634A (zh) 一种多功能有机硅弹性气凝胶的制备方法
CN109265131A (zh) 一种气凝胶真空绝热板及其芯材的制备方法
CN109336545A (zh) 一种二氧化硅气凝胶复合材料、其制备方法及应用
CN103665422B (zh) 一种低密度SiO2气凝胶/海绵复合材料的制备方法
CN109179428A (zh) 一种增强型透明二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN107089810B (zh) 一种气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板及其制备方法
CN108892471A (zh) 一种复合隔热保温毡的制备方法
CN109851380A (zh) 一种二氧化硅气凝胶功能材料的制备方法
CN105280175B (zh) 基于环氧树脂增强的泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料的制备方法
CN104631634A (zh) 一种建筑用粉体芯材真空绝热板及其制备方法
CN106832754A (zh) 一种改性酚醛树脂材料及其应用
CN105906298A (zh) 一种玻璃纤维毡增强二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN107417183A (zh) 一种新型墙体保温材料及制备方法
CN105645920A (zh) 一种提高气凝胶复合材料接合强度的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170609