CN107108237B

CN107108237B - 疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法以及由此制备的疏水性二氧化硅气凝胶

Info

Publication number: CN107108237B
Application number: CN201680004464.7A
Authority: CN
Inventors: 金永勋; 柳成旼; 李悌均
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: EP3214041A1; EP3214041A4; WO2017090911A1; EP3214041B1; KR20170062260A; CN107108237A; US10336621B2; KR101800938B1; US20180002181A1

Abstract

本发明涉及一种具有高比表面积和低振实密度的高疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法，以及由此制备的疏水性二氧化硅气凝胶。因为制备时间通过在单个步骤中同时进行表面改性、凝胶化和溶剂置换而缩短，根据本发明的疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法可以具有良好的生产率和经济效率，并且通过包括添加氢氧化铵的步骤控制表面改性反应可以控制制备的二氧化硅气凝胶的疏水性程度。因此，根据本发明的制备方法和疏水性二氧化硅气凝胶适用于需要该制备方法和疏水性二氧化硅气凝胶的工业，特别是需要具有高疏水性的二氧化硅气凝胶的工业或者需要具有不同的疏水性程度的二氧化硅气凝胶的工业。

Description

疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法以及由此制备的疏水性二氧化硅气凝胶

技术领域

[相关申请的交叉引用]

本申请要求于2015年11月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0167860的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

[技术领域]

本发明涉及一种具有高比表面积和低振实密度的高疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法，以及由此制备的疏水性二氧化硅气凝胶。

背景技术

由于作为孔隙率为约90％至约99.9％且孔径为约1nm至约100nm的高比表面积(≥500m²/g)的超多孔材料，气凝胶具有优异的特性，如超轻质、超绝缘和超低介电常数，因此，对气凝胶作为透明绝缘体和环境友好的高温绝缘体、用于高集成器件的超低介电薄膜、催化剂和催化剂载体、用于超级电容器的电极和用于脱盐的电极材料的应用研究，以及气凝胶材料的开发已经在积极地进行。

气凝胶的最大优点是具有0.300W/m·K以下(低于有机绝缘材料如典型的泡沫聚苯乙烯的热导率)的热导率的超绝缘性。另外，气凝胶可以解决火灾发生时的火易损性和毒气的产生，这是常规有机绝缘材料的致命弱点。

通常，由二氧化硅前体诸如水玻璃或四乙氧基硅烷(TEOS)来制备湿凝胶，然后在不破坏其微观结构的情况下通过去除湿凝胶中的液体组分制备气凝胶。二氧化硅气凝胶可以分为三种常规形式：粉末、颗粒和整料，二氧化硅气凝胶通常制备为粉末形式。

二氧化硅气凝胶粉末可以通过与纤维复合以诸如气凝胶毯或气凝胶板的形式商品化，并且，由于所述毯或板具有柔韧性，它可以被弯曲、折叠或切成预定尺寸或形状。因此，二氧化硅气凝胶可以用于家庭用品，如夹克或鞋子，以及工业应用，如液化天然气(LNG)载体的隔热板、工业绝缘材料和航天服、运输和车辆以及用于发电的绝缘材料。此外，在二氧化硅气凝胶用于防火门以及在家庭如公寓中用于屋顶或地板的情况下，它具有防止火灾的显著效果。

然而，二氧化硅气凝胶粉末由于高孔隙率、非常低的振实密度和小颗粒尺寸而可以被分散，因此，处理会困难并且会不容易填充。

此外，尽管二氧化硅气凝胶整料在可见光区域具有高透明度，二氧化硅气凝胶整料会具有尺寸限制，难以成型为各种形状，并且会容易断裂。

为了解决所述二氧化硅气凝胶粉末和整料的上述限制，已经尝试通过制备直径为0.5mm以上的二氧化硅气凝胶颗粒来提高处理的容易性和形状响应性(shape-responsiveness)。例如，存在诸如以下方法的方法：将通过烷氧基硅烷水解得到的反应溶液制备为填料，通过用催化剂使填料缩聚进行凝胶化，通过与疏水剂反应进行疏水处理，然后进行超临界干燥来得到疏水性二氧化硅气凝胶颗粒的方法；以及将包含添加剂和粘合剂的气凝胶颗粒供应至成型机并压缩来制备二氧化硅气凝胶颗粒的方法。

然而，由于上述方法使用辅助造粒设备和添加剂如粘结剂，当通过上述方法大规模生产二氧化硅气凝胶时，不仅会需要技术上的复杂工艺和长的处理时间，而且也会需要复杂的处理过程和高的投资费用。结果，需要大量的时间和昂贵的化学品，于是，不仅提高生产成本，而且最终得到的二氧化硅气凝胶的颗粒尺寸会不均匀或者会过大。

此外，由于当二氧化硅气凝胶吸收水分时，凝胶结构特性和物理性能降低，因此为了易于用于工业中，需要开发一种可以永久地防止吸收空气中的水分的方法。因此，已经提出通过在二氧化硅气凝胶的表面上进行疏水处理制备具有永久疏水性的二氧化硅气凝胶的方法。通常，利用表面改性剂来制备具有疏水性的二氧化硅气凝胶。然而，在二氧化硅气凝胶的表面仅用表面改性剂进行疏水化的情况下，由于会使用大量昂贵的表面改性剂并且难以控制表面改性反应，因此，生产率和经济效率低并且在制备具有高的疏水性二氧化硅气凝胶方面具有局限性。

因此，需要开发一种可以在容易地控制表面改性反应的同时，通过控制疏水性制备具有高疏水性的二氧化硅气凝胶的方法。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法，该制备方法通过使用简单的制备工艺并且容易地控制表面改性反应，可以制备具有高疏水性的二氧化硅气凝胶。

本发明的另一方面提供一种通过上述制备方法制备的疏水性二氧化硅气凝胶。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：制备水玻璃分散体(步骤1)；将所述水玻璃分散体和表面改性剂溶液添加到反应器中并进行反应来制备疏水性二氧化硅湿凝胶(步骤2)；以及干燥所述疏水性二氧化硅湿凝胶(步骤3)，其中，所述制备方法还包括在步骤2的反应过程中添加氢氧化铵。

根据本发明的另一方面，提供一种通过上述制备方法制备的疏水性二氧化硅气凝胶。

有益效果

根据本发明的疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法可以具有良好的生产率和经济效率，因为通过在单个步骤中同时进行表面改性、凝胶化和溶剂置换而缩短制备时间，并且可以通过包括添加氢氧化铵的步骤而控制表面改性反应来控制制备的二氧化硅气凝胶的疏水性程度。

另外，由于根据本发明的疏水性二氧化硅气凝胶通过上述制备方法来制备，因此，物理性能例如振实密度和比表面积不仅会优异，而且通过控制疏水性的程度也可以得到高疏水性。

因此，根据本发明的制备方法和疏水性二氧化硅气凝胶适用于需要该方法和疏水性二氧化硅气凝胶的工业，特别是需要具有高疏水性的二氧化硅气凝胶的工业或者需要具有不同的疏水性程度的二氧化硅气凝胶的工业。

附图说明

附属于说明书的下列附图通过实例说明本发明的优选实施例，并且用于与下面给出的发明的详细描述一起使得能够进一步理解本发明的技术原理，因此，本发明不应该理解为仅有附图中的事宜。

图1示意性地示出根据本发明的一个实施方案的疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法的流程图。

具体实施方式

下文中，对本发明进行更详细地描述来得以更清楚地理解本发明。

应当理解的是，在说明书和权利要求中使用的词语或术语不应该理解为在常用字典中所定义的含义。应当进一步理解的是，词语或术语应该理解为，基于发明人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释发明的原则，具有与它们在本发明的相关技术和技术思想的背景下的含义相一致的含义。

本发明提供一种具有提高的表面疏水性的疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法。

通常，使用水玻璃制备的二氧化硅湿凝胶的中空充满水，即，溶剂，并且，当简单地通过干燥除去溶剂时，由于当液相溶剂蒸发成气相时，气/液界面处水的表面张力较高，会容易发生孔结构的收缩和破裂。结果，会发生表面积的减小和孔结构的改变。因此，为了维持湿凝胶的孔结构，不仅需要用具有相对低的表面张力的有机溶剂替换具有高表面张力的水，还需要开发能够在不收缩的情况下洗涤和干燥湿凝胶同时维持湿凝胶原有结构的技术。

另外，干燥过的二氧化硅气凝胶在干燥后即刻维持低的热导率，但是热导率会逐渐提高，因为在二氧化硅表面存在的亲水性硅烷醇基(Si-OH)吸收空气中的水分。因此，需要将二氧化硅气凝胶的表面改性为疏水性以维持低的热导率。因此，利用表面改性剂对二氧化硅气凝胶的表面进行改性的方法已经广泛使用。然而，由于仅利用表面改性剂需要大量的表面改性剂来制备具有高疏水性的二氧化硅气凝胶，并且难以控制表面改性反应，生产率会较低。

因此，本发明提供一种具有优异的物理性能，同时维持二氧化硅气凝胶的孔结构和低热导率的高疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法。

在下文中，将参照图1详细描述根据本发明的一个实施方案的疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法。

根据本发明的实施方案的制备方法包括以下步骤：制备水玻璃分散体(步骤1)；将水玻璃分散体和表面改性剂溶液添加到反应器中并进行反应来制备疏水性二氧化硅湿凝胶(步骤2)；以及干燥所述疏水性二氧化硅湿凝胶(步骤3)，其中，所述制备方法还包括在步骤2的反应过程中添加氢氧化铵。

步骤1是制备水玻璃分散体的步骤，水玻璃分散体可以包括水玻璃溶液和无机酸。

具体而言，水玻璃分散体可以是水玻璃溶液和无机酸的混合物，其通过将水玻璃溶液添加到无机酸中并混合在一起来制备。在这种情况下，基于水玻璃溶液中的水玻璃，水玻璃分散体可以包含摩尔比为1至3的无机酸。

水玻璃溶液可以是将蒸馏水添加到水玻璃中并混合的稀溶液，水玻璃可以是通过使二氧化硅(SiO₂)与碱熔融得到的作为碱式硅酸盐的硅酸钠(Na₂SiO₃)。

水玻璃分散体可以含有1重量％至11重量％的二氧化硅(SiO₂)。在水玻璃分散体中包含的二氧化硅的量小于上述范围的情况下，不会适当地形成气凝胶，并且，在水玻璃分散体中包含的二氧化硅的量大于上述范围的情况下，比表面积会减小。

当无机酸与水玻璃分散体中的水玻璃溶液中的二氧化硅混合时，无机酸可以通过与后面描述的表面改性剂溶液中的表面改性剂反应而在激活表面改性剂的分解中起作用，因此，无机酸可以改善表面改性反应并且可以促进氨的生成以提高pH值。因此，无机酸可以诱导凝胶化。无机酸没有特别限制，但是可以，例如，是选自硝酸、盐酸、硫酸和氢氟酸中的至少一种。特别地，无机酸可以是硝酸。

此外，水玻璃分散体的pH可以为5至11。

步骤2是用于制备疏水性二氧化硅湿凝胶的步骤，可以通过向水玻璃分散体中添加表面改性剂溶液并进行反应来进行。

具体而言，将水玻璃分散体和表面改性剂溶液添加到反应器中并进行反应来制备疏水性二氧化硅湿凝胶。

表面改性剂溶液可以通过将表面改性剂添加到非极性有机溶剂中并混合在一起来制备，在这种情况下，表面改性剂溶液中的表面改性剂的浓度可以在0.1M至4M的范围内。即，表面改性剂溶液可以通过将表面改性剂以0.1M至4M的量添加到非极性有机溶剂中并混合在一起来制备。

此外，添加表面改性剂溶液的量可以为使得表面改性剂与水玻璃分散体中的水玻璃的摩尔比在0.1至10的范围内的量。在添加表面改性剂溶液的量为使得表面改性剂与水玻璃的摩尔比小于0.1的情况下，由于能够与硅烷醇基(Si-OH)反应的表面改性剂的量相对小于水玻璃分散体中硅烷醇基(Si-OH)的量，因此，不仅表面改性的反应性降低，而且会不容易进行改性。因此，未表面改性过的硅烷醇基在干燥过程中引起缩合反应，使得得到的二氧化硅气凝胶的孔的尺寸会减小并且不会得到多孔。此外，在添加表面改性剂溶液的量为使得表面改性剂与水玻璃的摩尔比大于10的情况下，会存在不参与表面改性反应的大量剩余的表面改性剂，因为昂贵的表面改性剂被浪费，因此经济效率会降低。

表面改性剂可以是选自三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、甲基三甲氧基硅烷和三甲基乙氧基硅烷中的至少一种。

所述非极性有机溶剂可以是选自己烷、庚烷、甲苯和二甲苯中的至少一种。

所述反应可以通过将水玻璃分散体和表面改性剂溶液添加到反应器中并通过搅拌混合来进行。在这种情况下，表面改性剂溶液没有特别限制，但是可以将水玻璃分散体和表面改性剂溶液同时添加到反应器中，或者可以在将水玻璃分散体添加到反应器中之后依次添加表面改性剂溶液。

具体而言，在将水玻璃分散体添加到反应器中之后，可以在反应器中的温度达到25℃至95℃时添加表面改性剂溶液。也就是说，在将水玻璃分散体添加到反应器之后，反应器中的温度升高至上述范围内，然后可以添加表面改性剂溶液来进行反应。在这种情况下，反应器可以是有搅拌器的反应器，并且可以在搅拌的同时进行反应。搅拌没有特别限定，但是，例如，可以以50rpm至700rpm的速率进行。

在根据本发明的实施方案的制备方法中，在通过水玻璃分散体与表面改性剂溶液反应来进行表面改性反应时，凝胶化和溶剂置换可以同时进行。

具体而言，在所述制备方法中，由于包含无机酸的水玻璃分散体与表面改性剂溶液混合并反应，表面改性剂溶液中表面改性剂的分解可以被无机酸激活，因此，可以促进表面改性反应。另外，由于表面改性剂的分解被激活，由于表面改性剂的分解引起的氨的产生可以增加。因此，由于反应器中的pH通过氨而提高，可以创造碱性环境。因此，可以诱导凝胶化。此外，可以进行溶剂置换，同时可以与表面改性剂溶液中包含的非极性有机溶剂进行表面改性反应和凝胶化。

为了进一步促进表面改性反应和凝胶化，所述制备方法可以进一步包括在反应过程中添加氢氧化铵的步骤。

具体地，氢氧化铵可以在反应中使用的全部量的表面改性剂溶液已经被添加到反应器中之后添加，并且，例如，在全部量的表面改性剂溶液已经被添加到所述反应器中之后，当反应器中的pH达到5至10时，通过添加氢氧化铵而可以使其参加反应，或者在完成溶剂替换之后，通过添加氢氧化铵而可以使其参加反应。

在这种情况下，当pH达到上述范围的时间可以根据水玻璃分散体中的水玻璃的浓度而改变，并且，例如，在水玻璃分散体中的水玻璃浓度是4重量％的情况下，所述时间可以是将全部量的表面改性剂溶液添加至反应器中之后的30分钟±3分钟。此外，溶剂置换完成的时间可以表示为湿凝胶孔隙中填充的水被使用的有机溶剂置换的时间，并且可以通过当反应过程中产生的湿凝胶被取出并放入水相或溶剂相中时出现分散来确定。

另外，添加氢氧化铵的量没有特别限制，只要是可以容易地进行表面改性反应和凝胶化而不会由于其它的附加反应引起问题的量即可，但是，例如，氢氧化铵的添加量可以为使得与添加氢氧化铵之前所述反应器中的pH相比，在添加氢氧化铵之后所述反应器中的pH提高5％至57％。例如，在添加氢氧化铵之前反应器中的pH为7的情况下，氢氧化铵的添加量可以为使得反应器中的pH在7.35至11的范围内。

具体地，在调节pH在上述范围的量之内，氢氧化铵的添加量可以为使得氢氧化铵与表面改性剂溶液中的表面改性剂的摩尔比在0.5至25的范围内。

由于通过在步骤2的反应过程中进一步添加氢氧化铵而使其参与反应，根据本发明的实施方案的制备方法可以改善表面改性反应，因此，可以在不使用大量昂贵的表面改性剂的情况下制备具有高疏水性的二氧化硅气凝胶。

为了制备疏水性二氧化硅气凝胶，步骤3是干燥所述疏水性二氧化硅湿凝胶的步骤。

在这种情况下，可以在干燥之前进一步进行洗涤的步骤。

所述洗涤是为了通过去除反应过程中产生的杂质(钠离子、未反应的产物、副产物等)来得到高纯度的疏水性二氧化硅气凝胶，其中，所述洗涤可以通过将非极性有机溶剂添加到疏水性二氧化硅湿凝胶中并搅拌20分钟至1小时来进行，但本发明不限于此。

所述干燥可以通过在100℃至190℃的温度下常压干燥1小时至4小时来进行，但是本发明不限于此。

另外，本发明提供通过上述制备方法制备的疏水性二氧化硅气凝胶。

根据本发明的一个实施方案的疏水性二氧化硅气凝胶的比表面积可以为600m²/g至1,000m²/g。

此外，疏水性二氧化硅气凝胶的振实密度可以为0.04g/ml至0.15g/ml，碳含量可以为12重量％至16重量％。

由于根据本发明的实施方案的疏水性二氧化硅气凝胶通过上述制备方法制备，根据本发明的实施方案的疏水性二氧化硅气凝胶可以具有高的疏水性以及优异的物理性能如优异的孔特性。

下文中，将根据下面的实施例和实验实施例更详细地描述本发明。然而，提出下面的实施例和实验实施例仅用于例示本发明，本发明的范围不限于此。

实施例1

将水玻璃溶液缓慢添加到6.2g硝酸中来制备水玻璃分散体。在这种情况下，水玻璃溶液的用量为使得添加11.7g水玻璃，并且在所制备的水玻璃分散体中二氧化硅(SiO₂)的量为3.4重量％。反应器中的温度设定为55℃，同时将制备的水玻璃分散体添加到反应器中并搅拌。此后，将六甲基二硅氮烷溶液添加到反应器中来进行反应。在这种情况下，六甲基二硅氮烷溶液通过将6.3g的六甲基二硅氮烷添加到100ml的正己烷中并搅拌混合物来制备。当反应开始之后反应器中的pH达到7时，添加2.7g的氢氧化铵来参与反应(基于六甲基二硅氮烷，使用2.0mol的氢氧化铵)。当制备的疏水性二氧化硅湿凝胶完全漂浮在表面上时，添加20ml正己烷，排出下层水溶液层，并且，2个小时之后，疏水性二氧化硅湿凝胶在150℃下的强制循环式干燥机中完全干燥1小时来制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实施例2

除了使用8.9g氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为6.5mol。

实施例3

除了使用13.4g氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为9.8mol。

实施例4

除了使用0.7g氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为0.5mol。

实施例5

除了使用34g氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为25mol。

实施例6

除了水玻璃溶液的用量为使得水玻璃的量为9.4g，并且使用5.4g的硝酸、5.5g的六甲基二硅氮烷和1.9g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实施例7

除了水玻璃溶液的用量为使得水玻璃的量为12.5g，并且使用7.2g的硝酸、7.3g的六甲基二硅氮烷和2.1g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实施例8

除了水玻璃溶液的用量为使得水玻璃的量为15.6g，并且使用9.0g的硝酸、9.1g的六甲基二硅氮烷和2.7g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实施例9

除了水玻璃溶液的用量为使得水玻璃的量为18.8g，并且使用10.8g的硝酸、10.8g的六甲基二硅氮烷和3.2g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实施例10

除了在完成溶剂置换之后即刻添加2.7g的氢氧化铵，而不是在pH达到7时添加之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例1

除了省略添加氢氧化铵的步骤之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例2

除了将氢氧化铵与表面改性剂溶液同时添加之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例3

除了使用0.4g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为0.3mol。

比较例4

除了使用35g的氢氧化铵之外，以与实施例1相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。在这种情况下，基于六甲基二硅氮烷，氢氧化铵的用量为25.6mol。

比较例5

除了不使用氢氧化铵之外，以与实施例6相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例6

除了不使用氢氧化铵之外，以与实施例7相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例7

除了不使用氢氧化铵之外，以与实施例8相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

比较例8

除了不使用氢氧化铵之外，以与实施例9相同的方式制备疏水性二氧化硅气凝胶。

实验实施例

为了比较在实施例1至10和比较例1至8中制备的疏水性二氧化硅气凝胶的物理性能，测量各个气凝胶的振实密度(g/ml)、比表面积(Brunauer-Emmett-Teller(BET),m²/g)和碳含量(重量％)。结果列于下面的表1中。

(1)振实密度(g/ml)

使用振实密度测试仪(STAV II，Engelsmann AG)测量振实密度。

具体地，在通过将各个气凝胶放入标准气缸(25ml)中测量各个气凝胶的重量之后，然后将气缸固定至振实密度测试仪，关闭隔音罩，设置2,500敲击。完成敲击测量后，测量汽缸中的各个气凝胶的体积，通过计算先前测得的重量与体积的比率来测量密度。

(2)比表面积(BET，m²/g)

使用3FLEX分析器(Micromeritics)，根据分压(0<p/p₀<1)分别由氮吸附和解吸的量分析比表面积。

具体地，将100mg的各个气凝胶放入气缸中并在200℃下经历预处理8小时，然后使用比表面积分析仪测量比表面积。

(3)碳含量(重量％)

使用碳分析仪(碳硫分析仪CS-2000，EltraGmbH)测量碳含量。

[表1]

类别	振实密度(g/ml)	碳含量(重量％)	比表面积(m<sup>2</sup>/g)
				实施例1	0.094	12.2	652
实施例2	0.105	13.7	634
				实施例3	0.134	14.5	647
实施例4	0.132	12.1	652
				实施例5	0.148	15.5	621
实施例6	0.084	13.3	675
				实施例7	0.094	13.6	697
实施例8	0.109	14.3	732
				实施例9	0.109	14.4	643
实施例10	0.088	13.1	660
				比较例1	0.103	11.2	604
比较例2	0.101	11.5	403
				比较例3	0.175	10.8	649
比较例4	0.363	16.5	526
				比较例5	0.115	13.1	511
比较例6	0.106	11.4	632
				比较例7	0.092	12.6	653
比较例8	0.112	12.8	612

如表1中所示，可以确认，与比较例1至8的疏水性二氧化硅气凝胶相比，根据本发明的实施方案的制备方法制备的实施例1至10的疏水性二氧化硅气凝胶通常具有较高的碳含量，同时具有较低的振实密度和较高的比表面积。

具体地，作为除了是否添加氢氧化铵之外，在相同的条件下制备的对实施例1和比较例1的疏水性二氧化硅气凝胶、实施例6和比较例5的疏水性二氧化硅气凝胶、实施例7和比较例6的疏水性二氧化硅气凝胶、实施例8和比较例7的疏水性二氧化硅气凝胶以及实施例9和比较例8的疏水性二氧化硅气凝胶的比较结果，与未添加氢氧化铵的作为各自比较目标的比较例1和比较例5至8的疏水性二氧化硅气凝胶相比，通过添加氢氧化铵制备的实施例1和实施例6至9的疏水性二氧化硅气凝胶具有较高的碳含量和比表面积特性，同时具有较低的振实密度。

此外，对于添加氢氧化铵，但是与表面改性剂溶液同时添加氢氧化铵来参加反应而不是在本发明中提出的添加时间添加的比较例2的疏水性二氧化硅气凝胶，与实施例1的疏水性二氧化硅气凝胶相比，振实密度增大，碳含量降低，比表面积特性显著降低约62％。

另外，与实施例4的疏水性二氧化硅气凝胶相比，通过添加小于本发明所提出的量的氢氧化铵而制备的比较例3的疏水性二氧化硅气凝胶，具有类似水平的比表面积特性，但是振实密度显著增大约132％，碳含量降低约89％。此外，与实施例5的疏水性二氧化硅气凝胶相比，对于通过添加大于本发明所提出的量的氢氧化铵而制备的比较例4的疏水性二氧化硅气凝胶，碳含量有所提高，但是比表面积显著降低约85％，振实密度迅速增大约245％。

上述结果表明，通过在根据本发明的实施方案的制备方法中添加氢氧化铵，可以改善表面改性反应，因此，通过上述制备方法制备的疏水性二氧化硅气凝胶的疏水性可以改进。此外，上述结果表明，氢氧化铵的添加时间和量的控制是促进理想的表面改性反应和凝胶化而不由于其它附加反应引起问题的一个重要因素。

Claims

1.一种疏水性二氧化硅气凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)制备水玻璃分散体；

(2)将所述水玻璃分散体和表面改性剂溶液添加到反应器中并同时进行表面改性、凝胶化和溶剂置换来制备疏水性二氧化硅湿凝胶；以及

(3)干燥所述疏水性二氧化硅湿凝胶，

其中，所述制备方法还包括在步骤(2)的反应过程中添加氢氧化铵，

其中，所述水玻璃分散体包含水玻璃溶液和无机酸，

其中，在添加全部量的所述表面改性剂溶液之后，当所述反应器中的pH达到5至10时添加氢氧化铵，并且

其中，所述氢氧化铵的添加量为使得所述氢氧化铵与所述表面改性剂溶液中的表面改性剂的摩尔比在0.5至25的范围内。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述水玻璃分散体含有1重量％至11重量％的二氧化硅(SiO₂)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述水玻璃分散体的pH为5至11。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，基于所述水玻璃溶液中的水玻璃，所述水玻璃分散体包含摩尔比为1至3的所述无机酸。

5.权利要求1或4所述的制备方法，其中，所述无机酸包含选自硝酸、盐酸、硫酸和氢氟酸中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述表面改性剂溶液通过将表面改性剂添加到非极性有机溶剂中并混合在一起来制备，并且，

所述表面改性剂溶液中所述表面改性剂的浓度在0.1M至4 M的范围内。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述表面改性剂包括选自三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、甲基三甲氧基硅烷和三甲基乙氧基硅烷中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述非极性有机溶剂包括选自己烷、庚烷、甲苯和二甲苯中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述表面改性剂溶液的添加量为使得表面改性剂与所述水玻璃溶液中的水玻璃的摩尔比在0.1至10的范围内。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，当将所述水玻璃分散体添加到所述反应器中并且反应器中的温度达到25℃至95℃时，添加所述表面改性剂溶液。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述氢氧化铵的添加量为使得与添加所述氢氧化铵之前所述反应器中的pH相比，添加所述氢氧化铵之后所述反应器中的pH提高5％至57％。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)的所述干燥通过在100℃至190℃的温度下常压干燥1小时至4小时来进行。