CN106946262B - 一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法及其制备vip真空板和粉体的方法 - Google Patents

一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法及其制备vip真空板和粉体的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法及其制备VIP真空板和粉体的方法，它涉及气凝胶材料领域，本发明要解决制备溶胶‑凝胶周期长的问题，以及制备气凝胶材料面临的最大难题、最繁琐的溶剂置换问题。本发明的方法为：将硅源与一定浓度的酸溶液混合，制备凝胶前驱体；加入有机萃取剂萃取，制备疏水型SiO2气凝胶材料。本发明应用于气凝胶材料领域。

Description

一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法及其制备VIP真 空板和粉体的方法
技术领域
本发明属于气凝胶材料领域，特别涉及一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法及其制备VIP真空板和粉体的方法。
背景技术
气凝胶是一种典型的纳米多孔非晶态固体材料，具有密度、透明度和结构可控等特点，被称为改变世界的神奇材料。特别是其独有的三维连续纳米网络孔道结构，使其具有很多独特的性质，其孔隙率高达80％～99.8％，目前硅气凝胶的密度最低为3mg/cm3，仅比空气重三倍，被称为“冻结的蓝烟”，其还具有超高的比表面积(300～1500m2/g)和极低的导热系数(0.004～0.02W/m.k)，因此在隔热材料领域、光学领域、隔音降噪材料领域、催化领域、电学领域、环保领域、医学和生命科学领域均有广泛的应用。
目前市场上供应的气凝胶材料，多数是采用正硅酸乙酯或正硅酸甲酯为硅源，经氯硅烷改性处理的疏水型气凝胶材料。虽然此工艺较成熟，但航天航空、高铁、汽车、高温电池、工业管道和高温炉保温领域要求不含氯、氟等腐蚀性离子的材料，所以市场上的产品难以满足要求。专利CN101456569A和CN101973752A中使用三甲基氯硅烷为表面疏水修饰剂，虽然得到了疏水性型的气凝胶材料，但由于含有氯离子，所以适用范围受到很大限制。专利CN101318659A中采用不含氯离子的疏水剂制备出了气凝胶材料，但操作复杂，且制备周期较长，不适合产业化生产。因此制备无氯、氟等腐蚀性离子的气凝胶材料和缩短生产周期的问题迫在眉睫，受到广大研究者的关注。
发明内容
本发明其中一个目的是针对上述制备溶胶-凝胶周期长的问题，进行了有效地改进，极大的缩短了制备周期。
另外一个目的针对制备气凝胶材料面临的最大难题、最繁琐的溶剂置换问题，本发明在根本上给以解决，避免了由于胶体中存在大量的高表面张力溶剂，导致干燥时固-气界面产生的毛细管力使胶体坍塌，无法制备出高性能材料的问题。
还有一个目是针对超临界设备的高投入问题，本发明的方案不需要超临界设备，降低了生产成本。
本发明方法无需二次改性，就可以使产品直接达到超疏水效果，从而降低了改性剂的大量使用，使改性过程中存在的氯、氟等腐蚀性离子问题得以彻底解决，绿色环保。本发明还提出了一种快速制备疏水型SiO2气凝胶粉体的制备方法，这是以往专利中不曾涉及的，本发明采用气凝胶有机前驱液体，经喷雾干燥技术，直接制备出颗粒均匀的气凝胶粉体，无需先制备出气凝胶块材，再进二次打磨成粉的复杂工序，将生产效率提高了5～6倍。并且本发明还将制备过程的所用溶剂全部回收再利用，既节约原材料又对环境无污染。为了满足国防、军事、科学研究等技术领域的特殊要求，本发明还提供了导热系数更低的气凝胶VIP板制备方法。
综上所述，本发明提出的有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，有效地解决了传统工艺生产周期长，设备投入大，存在严重的氯、氟等腐蚀性离子问题，将极大地推动气凝胶产业链的快速形成。
本发明的一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法，具体过程如下：
一、凝胶前驱体的制备：
将硅源与0.1～18mol/L的酸溶液按摩尔比为1：0.001～10的比例混合，置于超声仪或微波机中，在温度0～80℃的条件下反应1～60min；向反应液中加入氨水，在0～80℃温度下继续超声或微波1～10min，得凝胶前驱体；所述的氨水的浓度为0.5～10mol/L；
其中，硅源为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种按任意比混合而成；
酸溶液为醋酸溶液、草酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液；
二、疏水型SiO2气凝胶材料的制备：
向凝胶前驱体中加入1～10倍体积的有机萃取剂，搅拌1～120min后，分离有机层，将有机层放入微波炉中，在温度为10～80℃的条件下固化1～60min，得湿凝胶；将制备出的湿凝胶进行常压梯度干燥，制得疏水型SiO2气凝胶材料；
其中，有机萃取剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、石油醚、乙醚、环己烷、甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中的一种或几种按任意比混合而成。
本发明的一种采用权利要求1制备的疏水型SiO2气凝胶材料制备VIP真空板的方法，它是按照如下方式完成的：
将制备的疏水型SiO2气凝胶材料，放入到硅铝布袋中，用外抽式真空包装机制成VIP真空板。
本发明的一种采用权利要求1制备的疏水型SiO2气凝胶材料制备气凝胶粉体的方法，它是按照如下方式完成的：
将制备的凝胶前驱体中加入有机萃取剂中，搅拌1～120min后，分离有机层，然后放入到真空喷雾干燥机中，得到气凝胶粉体。
本发明包含以下有益效果：
1、溶胶-凝胶时间短：传统制备溶胶-凝胶时水解和缩聚反应时间长；本发明采用超声和微波辅助制备溶胶-凝胶，由原来的10h缩短为1h内完成，极大的缩短了时间，提高了生产效率。
2、制备工艺简单：传统工艺制备出的湿凝胶需经老化、置换、改性和洗涤等繁琐步骤去除凝胶中的水；本发明采用有机逆向萃取法，无需老化、置换、改性和洗涤步骤，将传统工艺的240h制备周期缩短为4h，并且降低了原材料的大量投入和高昂的超临界设备的投入，将能源消耗降到最低，极大的提高了生产效率和附加值。
3、原位疏水，无腐蚀性：大多数气凝胶材料都需要用氯硅烷进行表面疏水修饰，氯离子的存在会腐蚀生产设备和被保温的设备；本发明可做到原位疏水，无腐蚀性离子引入，不会对设备造成损害，且对环境无污染，符合绿色化学要求。
4、喷雾高效制备气凝胶粉体：气凝胶粉体基本是由本征气凝胶二次打磨成粉，此方法需先制备出本征气凝胶，工艺复杂、效率低下；本发明可由气凝胶有机前驱液体，经喷雾干燥技术，直接制备出颗粒均匀的气凝胶粉体，简化了操作工艺，将生产效率提高5～6倍。
5、溶剂回收再利用：传统常压干燥工艺，溶剂损失严重，且污染环境；本发明采用冷凝回收装置收集溶剂，循环再利用，且对环境无污染，符合循环经济发展理念。
6、超低导热系数VIP板：传统气凝胶纤维板已具有很低的导热系数，在0.02W/m.k左右；本发明采用真空包装机，制备出更低导热系数的VIP真空板，导热系数在0.002W/m.k左右，将在高尖端技术领域发挥出巨大作用。
附图说明
图1为实施例1制备出的气凝胶接触角测试图；
图2为实施例2制备出的气凝胶接触角测试图；
图3为实施例3制备出的气凝胶接触角测试图；
图4为实施例4制备出的气凝胶接触角测试图；
图5为实施例5制备出的气凝胶粉体SEM测试图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，它是按照以下步骤进行的：
一、凝胶前驱体的制备：
将硅源与0.1～18mol/L的酸溶液按摩尔比为1：0.001～10的比例混合，置于超声仪或微波机中，在温度0～80℃的条件下反应1～60min；向反应液中加入氨水，在0～80℃温度下继续超声或微波1～10min，得凝胶前驱体；所述的氨水的浓度为0.5～10mol/L；
其中，硅源为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种按任意比混合而成；
酸溶液为醋酸溶液、草酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液；
二、疏水型SiO2气凝胶材料的制备：
向凝胶前驱体中加入1～10倍体积的有机萃取剂，搅拌1～120min后，分离有机层，将有机层放入微波炉中，在温度为10～80℃的条件下固化1～60min，得湿凝胶；将制备出的湿凝胶进行常压梯度干燥，制得疏水型SiO2气凝胶材料；
其中，有机萃取剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、石油醚、乙醚、环己烷、甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中的一种或几种按任意比混合而成。
本实施方式的氨水的浓度可以为1～10mol/L、1～8mol/L、2～7mol/L、3～5mol/L或5mol/L。
本实施方式的有机萃取剂加入体积量是凝胶前驱体的2～10倍、2～8倍、2～6倍、2～4倍或2～3倍。
本实施方式步骤一硅源与酸溶液在微波机中的反应条件为：在温度1～80℃的条件下反应1～60min，或者在温度10～50℃的条件下反应4～40min，或者在温度20～50℃的条件下反应6～20min；在超声仪中的反应条件为：在30℃的条件下反应10min。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.1～10的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～10的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～8的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～6的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～4的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～1的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～0.5的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～8的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～6的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～4的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～1的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为辛基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～0.5的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～8的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～6的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～4的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～1的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源为丙基三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷按摩尔比为1:0.2～0.5的比例混合而成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.05～8。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.1～6。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.1～4。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.1～2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.1～1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.2～0.5。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.2～0.4。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为0.2～15mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为0.5～12mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为1～10mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为1～8mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为1～6mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为1～4mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：酸溶液的浓度为2mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为10～50℃，固化时间为1～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为10～70℃，固化时间为1～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为20～70℃，固化时间为1～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为30～70℃，固化时间为1～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为30～60℃，固化时间为1～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为20～50℃，固化时间为5～15min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为20～55℃，固化时间为5～15min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的微波温度为20～45℃，固化时间为5～15min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四十一：本实施方式的一种采用具体实施方式一制备的疏水型SiO2气凝胶材料制备VIP真空板的方法，它是按照如下方式完成的：
将制备的疏水型SiO2气凝胶材料，放入到硅铝布袋中，用外抽式真空包装机制成VIP真空板。
具体实施方式四十二：本实施方式与具体实施方式四十一不同的是：所述的纤维容器的纤维为玻璃纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、水镁石纤维、玄武岩纤维、高硅氧纤维、碳化硅纤维、聚氨酯纤维、石英纤维、氮化硅纤维中的一种或几种按任意比制成的纤维。其它与具体实施方式四十一相同。
具体实施方式四十三：本实施方式的一种采用具体实施方式一制备的疏水型SiO2气凝胶材料制备气凝胶粉体的方法，它是按照如下方式完成的：
将制备的凝胶前驱体中加入有机萃取剂中，搅拌1～120min后，分离有机层，然后放入到真空喷雾干燥机中，得到气凝胶粉体。
本实施方式的真空喷雾干燥机是外接溶剂冷凝的回收装置，此操作无需再将溶胶制成凝胶，简化了生产步骤。
具体实施方式四十四：本实施方式与具体实施方式四十三不同的是：真空喷雾干燥机的工作条件为：料液经10000～12000r/min高速离心雾化，热风入口温度为200～400℃，废气出口温度为100～120℃，塔内负压为-300～400Pa，料浆流速为2～8L/h。其它与具体实施方式四十三相同。
具体实施方式四十五：本实施方式与具体实施方式四十三不同的是：真空喷雾干燥机的工作条件为：料液经12000r/min高速离心雾化，热风入口温度为300℃，废气出口温度为110℃，塔内负压为-350Pa，料浆流速为5L/h。其它与具体实施方式四十三相同。
具体实施方式四十六：本实施方式与具体实施方式四十三不同的是：制得的气凝胶粉体粒径为10～20微米。其它与具体实施方式四十三相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将丙基三甲氧基硅烷与2mol/L的草酸溶液以1：0.1的摩尔比混合，在超声仪中30℃条件下反应10min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.3)，在30℃条件下继续超声10min完成溶胶制备，之后向上述液体中加入2倍体积的乙酸乙酯，搅拌30min后，分离有机层，在微波中50℃条件下固化10min，完成凝胶制备(溶胶-凝胶，由原来的10h缩短为1h内完成，提高了生产效率)，将制备出的湿凝胶放入干燥箱中，外接溶剂冷凝回收装置，进行常压梯度干燥，温度为50℃、80℃各2h，120℃保温1h，可制备出疏水型SiO2气凝胶材料，同时溶剂得到回收备用。所得样品导热系数为0.02W/m.k，接触角可达146.14，见图1所示。
实施例2
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将丙基三甲氧基硅烷与2mol/L的草酸溶液以1：0.1的摩尔比混合，在超声仪中10℃条件下反应10min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.3)，在10℃条件下继续超声10min完成溶胶制备，之后向上述液体中加入2倍体积的乙酸乙酯，搅拌30min后，分离有机层，在微波中10℃条件下固化10min，完成凝胶制备(溶胶-凝胶，由原来的10h缩短为1h内完成，提高了生产效率)，将制备出的湿凝胶放入干燥箱中，外接溶剂冷凝回收装置，进行常压梯度干燥，温度为50℃、80℃各2h，120℃保温1h，可制备出疏水型SiO2气凝胶材料，同时溶剂得到回收备用。所得样品导热系数为0.025W/m.k，接触角为139.68，较实例1性能略差，见图2所示。
实施例3
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将辛基三乙氧基硅烷与2mol/L的醋酸溶液以1：0.2的摩尔比混合，在超声仪中30℃条件下反应8min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.25)，在30℃条件下继续超声12min完成溶胶制备，之后向上述液体中加入2倍体积的四氢呋喃，搅拌30min后，分离有机层，在微波中50℃条件下固化10min，完成凝胶制备(溶胶-凝胶，由原来的10h缩短为1h内完成，提高了生产效率)，将制备出的湿凝胶放入干燥箱中，外接溶剂冷凝回收装置，进行常压梯度干燥，温度为50℃、80℃各2h，120℃保温1h，可制备出疏水型SiO2气凝胶材料，同时溶剂得到回收备用。所得样品导热系数为0.021W/m.k，接触角为145.52，见图3所示。
实施例4
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将辛基三乙氧基硅烷与2mol/L的醋酸溶液以1：0.2的摩尔比混合，在超声仪中10℃条件下反应8min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.25)，在10℃条件下继续超声12min完成溶胶制备，之后向上述液体中加入2倍体积的四氢呋喃，搅拌30min后，分离有机层，在微波中10℃条件下固化10min，完成凝胶制备(溶胶-凝胶，由原来的10h缩短为1h内完成，提高了生产效率)，将制备出的湿凝胶放入干燥箱中，外接溶剂冷凝回收装置，进行常压梯度干燥，温度为50℃、80℃各2h，120℃保温1h，可制备出疏水型SiO2气凝胶材料，同时溶剂得到回收备用。所得样品导热系数为0.024W/m.k，接触角为141.29，较实例3性能略差，见图4所示。
实施例5
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷与2mol/L的醋酸溶液以1：0.25的摩尔比混合，在超声仪中30℃条件下反应10min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.3)，在30℃条件下继续超声10min完成溶胶制备，之后向上述液体中加入2倍体积的乙酸乙酯，搅拌30min后，分离有机层，之后将有机溶胶直接加入到外接溶剂冷凝回收装置的真空喷雾干燥机中(制备粉体时无需再将溶胶制成凝胶，简化了生产步骤)，料液经12000r/min高速离心雾化，热风入口温度为300℃，废气出口温度为110℃，塔内负压为-350Pa，料浆流速为5L/h，在此条件下制备出的气凝胶粉体粒径集中分布在10～20微米左右，同时溶剂得到回收备用。所得样品导热系数为0.020W/m.k。气凝胶粉体内部纳米结构的SEM见图5所示。
实施例6
本实施例的一种利用有机溶剂逆向萃取方式制备疏水型SiO2气凝胶材料的方法，是按照以下步骤进行的：
将辛基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷与2mol/L的醋酸溶液以1：0.25的摩尔比混合，在超声仪中30℃条件下反应10min完成水解步骤，向上述水解液中滴加5mol/L的氨水(硅源与氨水的摩尔比为1：0.3)，在30℃条件下继续超声10min完成缩聚步骤，之后向上述液体中加入2倍体积的四氢呋喃，搅拌30min后，分离有机层，将有机溶胶液体倒入提前放好纤维的容器中，之后将容器放在微波中50℃条件下固化15min，将制备出的纤维湿凝胶进行常压梯度干燥，温度为50℃、80℃各2h，120℃保温1h，可制备出疏水型SiO2气凝胶材料(测试导热系数为0.02W/m.k)，同时溶剂得到回收备用。
将制备出的疏水型SiO2气凝胶纤维材料，放入硅铝布袋中，用外抽式真空包装机制成VIP真空板，测试导热系数为0.002W/m.k。

Claims (5)

1.一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、凝胶前驱体的制备：
将硅源与2mol/L的酸溶液按摩尔比为1:0.1～0.5的比例混合，置于超声仪或微波机中，在温度0～80℃的条件下反应1～60min；向反应液中加入氨水，在0～80℃温度下继续超声或微波1～10min，得凝胶前驱体；所述的氨水的浓度为0.5～10mol/L；
其中，硅源为乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种按任意比混合而成；
酸溶液为醋酸溶液、草酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液；
二、疏水型SiO2气凝胶材料的制备：
向凝胶前驱体中加入1～10倍体积的有机萃取剂，搅拌1～120min后，分离有机层，将有机层放入微波炉中，在温度为10～80℃的条件下固化1～60min，得湿凝胶；将制备出的湿凝胶进行常压梯度干燥，制得疏水型SiO2气凝胶材料；
其中，有机萃取剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、石油醚、乙醚、环己烷、甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环中的一种或几种按任意比混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法，其特征在于硅源与酸溶液的摩尔比为1:0.2。
3.根据权利要求1所述的一种制备疏水型二氧化硅气凝胶材料的方法，其特征在于步骤二中的微波温度为20～50℃，固化时间为5～15min。
4.一种VIP真空板的制备方法，其特征在于VIP真空板是采用权利要求1方法制得的疏水型二氧化硅气凝胶材料进行制备的，它是按照如下方式完成的：
将制备的疏水型SiO2气凝胶材料，放入到硅铝布袋中，用外抽式真空包装机制成VIP真空板。
5.一种气凝胶粉体的制备方法，其特征在于气凝胶粉体是采用权利要求1方法制得的疏水型二氧化硅气凝胶材料进行制备的，它是按照如下方式完成的：
向制备的凝胶前驱体加入有机萃取剂，搅拌1～120min后，分离有机层，然后放入到真空喷雾干燥机中，得到气凝胶粉体。
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