CN108793943A - 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法 - Google Patents

氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108793943A
CN108793943A CN201810661505.0A CN201810661505A CN108793943A CN 108793943 A CN108793943 A CN 108793943A CN 201810661505 A CN201810661505 A CN 201810661505A CN 108793943 A CN108793943 A CN 108793943A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fibre
graphene oxide
aerosil
sol
gel
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.)
Granted
Application number
CN201810661505.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108793943B (zh
Inventor
邹汉涛
王冰
罗佳妮
刘雪亭
左丹英
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.)
Wuhan Textile University
Original Assignee
Wuhan Textile University
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 Wuhan Textile University filed Critical Wuhan Textile University
Priority to CN201810661505.0A priority Critical patent/CN108793943B/zh
Publication of CN108793943A publication Critical patent/CN108793943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108793943B publication Critical patent/CN108793943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C04B30/02—Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/77—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof
    • D06M11/79—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof with silicon dioxide, silicic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/50—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms
    • D06M13/51—Compounds with at least one carbon-metal or carbon-boron, carbon-silicon, carbon-selenium, or carbon-tellurium bond
    • D06M13/513—Compounds with at least one carbon-metal or carbon-boron, carbon-silicon, carbon-selenium, or carbon-tellurium bond with at least one carbon-silicon bond
    • 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
    • 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
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2200/00—Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
    • D06M2200/10—Repellency against liquids
    • D06M2200/12—Hydrophobic properties

Abstract

本发明涉及氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，包括以下步骤：1、将硅源、醇、水和酸催化剂混合；2、向S1制得的二氧化硅溶胶中加入去离子水和碱催化剂；搅拌后得到改性溶胶A；3、向改性溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到改性溶胶B；4、将纤维制品浸入改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到凝胶；5、对氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品半成品进行疏水改性和干燥得到成品。本发明通过改变氧化石墨烯的添加量，可方便调节成品亲疏水性能，并可通过采用不同的改性溶胶多次对纤维制品进行凝胶的方式，制得同时具有亲疏水性能的二氧化硅气凝胶/纤维制品。

Description

氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品 的制备方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅气凝胶复合制品领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法。
背景技术
由于现有技术如CN104556965A一种疏水型二氧化硅气凝胶绝热复合材料，主要由二氧化硅气凝胶和无机纤维组成，并在二氧化硅气凝胶中掺杂有阻燃剂和红外阻隔剂，因此具有很好的隔热效果和阻燃性能，但是其为疏水型，适用场合有限，同时力学性能一般。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提出了一种氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，有效提高了二氧化硅气凝胶的性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将硅源、醇、水和酸催化剂混合，控制混合溶液的pH值在2-6之间，搅拌后得到二氧化硅溶胶；
步骤2、向S1中制得的二氧化硅溶胶中加入去离子水和碱催化剂，控制混合溶液的pH值在7-11之间，搅拌后得到改性溶胶A；
步骤3、向改性溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到改性溶胶B；
步骤4、将纤维制品完全浸入改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到凝胶；
步骤5、使用硅源/醇的混合溶液对S4中的凝胶进行老化处理，再使用置换溶剂对凝胶进行溶剂置换，得到氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品半成品；
步骤6、对氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品半成品进行疏水改性和干燥，得到氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
进一步的，步骤3中，还包括使用超声波对改性溶胶B进行分散的步骤，超声波功率在10-200W之间，超声时间在0-20min之间，超声温度在25-80℃之间；
进一步的，当步骤3中的氧化石墨烯的质量不大于硅源中硅元素质量的0.015％时，制得的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品为疏水型。
进一步的，当步骤3中的氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％-1.5％时，制得的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品为亲水型。
进一步的，所述步骤3具体为：将溶胶A分为两份，向一份溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到第一改性溶胶B，其中氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％-1.5％；向另一份溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到第二改性溶胶B，其中氧化石墨烯的质量不大于硅源中硅元素质量的0.015％；
所述步骤4具体为：将纤维制品的一部分浸入第一改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到第一凝胶，将裸露在第一凝胶外的纤维制品浸入第二改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到两侧具有不同亲疏水性能的混合凝胶。
进一步的，通过改变纤维制品在第一改性溶胶B和第二改性溶胶B中的浸入体积，可制得不同亲水凝胶-疏水凝胶体积比的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
进一步的，所述步骤3中，将溶胶A分为多份，并配置浓度梯度增加的氧化石墨烯溶液，并分别在多份溶胶A加入不同浓度的氧化石墨烯溶液，制得梯度浓度氧化石墨烯凝胶，所述步骤4中，将纤维制品依次浸入不同浓度的氧化石墨烯浓度改性溶胶中，通过精准调控溶胶高度，采用浸入、凝胶交替分步实施的方式，实现厚度方向氧化石墨烯的分段扩散，获得梯度氧化石墨烯含量的二氧化硅凝胶，二氧化硅凝胶经老化、溶剂置换、疏水处理及干燥可制得梯度浓度氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
进一步的，所述步骤1中硅源与醇的摩尔比为1:(1-50)，所述硅源与水的摩尔比为1:(1-20)。
进一步的，所述纤维是无机或有机纤维，可以是玄武岩纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；纤维制品可以是纤维本身，纤维机织物，针织物或非织造布中的一种或多种。
本发明的有益效果为：氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，它不仅具有极好的力学性能、极大的比表面积，并且表面大量的含氧官能团使其具有较高的活性，因而使用氧化石墨烯改性能够增强二氧化硅气凝胶/纤维制品的力学性能，改善纤维制品的亲水性，提高纤维制品的吸附性能。
本发明通过改变氧化石墨烯的添加量，可以方便的调节二氧化硅气凝胶/纤维制品的亲疏水性能，并且通过采用不同的改性溶胶多次对纤维制品进行凝胶的方式，制得同时具有亲疏水性能的二氧化硅气凝胶/纤维制品。还可以通过改变改性溶胶中氧化石墨烯的浓度得到不同浓度氧化石墨烯的改性溶胶，利用不同浓度氧化石墨烯的改性溶胶对多次对纤维制品进行凝胶，可以获得梯度亲疏水的二氧化硅气凝胶/纤维制品，其使用范围得到扩大。氧化石墨烯的浓度梯度可以增强不同浓度之间气凝胶的连接，提高其成块性，得到气凝胶骨架结构良好的，低密度、高孔隙率的纤维制品，此外，梯度浓度能有效的减小纤维制品内应力，提高其力学性能；提高纤维制品的吸附速率；有效地降低传热温度梯度，提高其隔热性能。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，主要由氧化石墨烯、二氧化硅气凝胶和纤维制品制得。其中二氧化硅气凝胶是以硅源为前驱体，采用酸碱两步、溶胶凝胶法得到的二氧化硅凝胶，经由溶剂交换等一系列过程后干燥制得；纤维可以是短纤或长丝，可以是无机或有机纤维，纤维制品可以是纤维本身、纤维机织物、针织物或非织造布中的一种或多种。具体步骤为：
S1.将硅源、醇、水和酸催化剂以一定比例混合搅拌0-24h制备二氧化硅溶胶，其中硅源可以是水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等等；醇可以是甲醇、乙醇等等；水可以是去离子水、蒸馏水等等；酸催化剂可以是盐酸、醋酸、氢氟酸、草酸等等；硅源与醇的摩尔比例可以在1:(1-50)之间，且根据硅源的不同，其优选比例也不同；硅源与水的摩尔比例可以在1:(1-20)之间，且根据硅源的不同，其优选比例也不同；酸催化剂的量由添加酸催化剂后该混合溶液的pH值决定，控制此时pH值处于2-6之间，优选pH值在3-5之间；
进一步的，可以向S1中二氧化硅溶胶添加干燥控制化学添加剂(DCCA)，其中干燥控制化学添加剂可以是N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，甘油，草酸、四甲基氢氧化铵等等；干燥化学控制添加剂的添加量按干燥化学控制添加剂/硅源的体积比为0-10％；
S2.向S1中制得的二氧化硅溶胶中加入去离子水和碱催化剂，其中碱催化剂可以是氨水、氢氧化钠、氟化铵等等。去离子水和碱催化剂为同时加入，也即碱催化剂的水溶液，这主要是因为过高浓度的碱催化剂滴入会使二氧化硅溶胶局部碱浓度过大而迅速凝胶，产生絮状或块状白色沉淀，因此本发明控制碱催化剂水溶液浓度在0.01mol/l-1mol/l之间，优选碱催化剂水溶液浓度处于0.05-0.15mol/l之间。碱催化剂的量根据添加碱催化剂后该混合溶液的pH值决定，控制此时pH值处于7-11之间，优选pH值在8-10之间；
S3.向S2的溶胶中加入氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0-1.5％，需要注意的是，由于氧化石墨烯极易团聚，因此加入氧化石墨烯溶液后需使用超声波对改性溶胶进行分散，超声波功率在10-200W之间，超声时间在0-20min之间，超声温度在25-80℃之间；
S4.将纤维制品完全浸入S3的溶胶中，经过一段时间静置后变成凝胶纤维制品。其中纤维制品可以是由短纤或长丝制得的任何纤维制品，例如可以是纤维本身，或经过一系列如开松、梳理、铺网等前道工序或针刺、水刺等后道工序制得的非织造布、纤维机织物、针织物中的一种或多种；纤维可以是无机或有机纤维，如玄武岩纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维等等。
S5.使用一定比例的硅源/醇的混合溶液对S4中的凝胶纤维制品进行一定时间的老化，再使用置换溶剂对凝胶纤维制品进行溶剂置换，接着使用疏水改性剂/置换溶剂混合溶液对凝胶纤维制品进行疏水改性，再使用置换溶剂对疏水改性后的凝胶纤维制品进行溶剂置换。其中硅源与醇的体积比可以是(0％-100％):(100％-0％)，老化时间可以是0-72h。置换溶剂根据干燥方式的不同而不同。若采用超临界干燥，置换介质可以是甲醇、乙醇、二氧化碳、全氟己烷等等；若采用常压干燥，置换介质可以是正戊烷、异戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、甲醇、乙醇等等。溶剂置换的时间可以是0-72h，置换次数可以是1-5次；疏水改性剂可以是甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、苯基三乙氧基硅烷等等；疏水改性剂的量按疏水改性剂/置换溶剂的体积比为0％-20％；疏水改性的时间可以是0-72h；
S6.对S5的纤维制品进行超临界干燥，制得超临界氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品。干燥条件根据置换介质的超临界点参数来确定。例如乙醇的超临界点参数为：临界温度243.0℃，临界压力6.38MPa；二氧化碳的超临界参数为：临界温度31.0℃，临界压力7.37MPa；
S7.可以对S5的纤维制品进行常压干燥，干燥温度为40-100℃，干燥时间为0-72h，制得常压干燥氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品；
实施例1
一种疏水型氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品的制备方法，主要由氧化石墨烯、二氧化硅气凝胶和纤维制品制得。其中二氧化硅气凝胶是以硅源为前驱体，采用酸碱两步、溶胶凝胶法得到的二氧化硅凝胶，经由溶剂交换等一系列过程后干燥制得；纤维可以是短纤或长丝，可以是无机或有机纤维，纤维制品可以是纤维本身、纤维机织物、针织物或非织造布中的一种或多种。具体步骤为：
S1.选取正硅酸乙酯：乙醇：水的摩尔比为1:8:7，并加入N,N-二甲基甲酰胺(为正硅酸乙酯体积的5％)，将其混合搅拌1h制备二氧化硅溶胶，添加一定的盐酸溶液，控制混合溶液的pH值在3-5之间；
S2.向S1中制得的二氧化硅溶胶中加入0.1mol/l的氨水溶液，控制添加后的混合溶液pH值在8-10之间。
S3.向S2的溶胶中加入氧化石墨烯溶液(氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％)，需要注意的是，由于氧化石墨烯极易团聚，因此加入氧化石墨烯溶液后需使用超声波对改性溶胶进行分散；超声波功率40W，超声时间10min之间，超声温度在40℃；
S4.将玄武岩纤维针刺制品完全浸入S3中溶胶中，经过一段时间静置后变成凝胶。
S5.使用体积比为1:1的硅源/无水乙醇的混合溶液对S4中的凝胶进行48h的老化，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；并使用疏水改性剂三甲基氯硅烷对凝胶进行疏水改性，其中三甲基氯硅烷/正己烷体积比为10％，疏水改性3次，8h/次，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；
S6.对S5中凝胶进行常压干燥，在40℃下干燥6h，接着在100℃下干燥2h，制得密度为0.22g/cm3、孔隙率为90％、接触角为127.4°、初始模量为92MPa、拉伸应力为2.66MPa、导热系数为0.0492W/(m·K)、吸附能力为4.77mg/g、在800℃具有热稳定性的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/玄武岩纤维制品。
实施例2
一种亲水型氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品的制备方法，主要由氧化石墨烯、二氧化硅气凝胶和纤维制品制得。其中二氧化硅气凝胶是以硅源为前驱体，采用酸碱两步、溶胶凝胶法得到的二氧化硅凝胶，经由溶剂交换等一系列过程后干燥制得；纤维可以是短纤或长丝，可以是无机或有机纤维，纤维制品可以是纤维本身、纤维机织物、针织物或非织造布中的一种或多种。具体步骤为：
S1.选取正硅酸乙酯：乙醇：水的摩尔比为1:8:7，并加入N,N-二甲基甲酰胺(为正硅酸乙酯体积的5％)，将其混合搅拌1h制备二氧化硅溶胶，添加一定的盐酸溶液，控制混合溶液的pH值在3-5之间；
S2.向S1中制得的二氧化硅溶胶中加入0.1mol/l的氨水溶液，控制添加后的混合溶液pH值在8-10之间。
S3.向S2的溶胶中加入氧化石墨烯溶液(氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.09％)，需要注意的是，由于氧化石墨烯极易团聚，因此加入氧化石墨烯溶液后需使用超声波对改性溶胶进行分散；超声波功率40W，超声时间10min之间，超声温度在40℃；
S4.将玻璃纤维机织布完全浸入S3中溶胶中，经过一段时间静置后变成凝胶。
S5.使用体积比为1:1的硅源/无水乙醇的混合溶液对S4中的凝胶进行48h的老化，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；并使用疏水改性剂三甲基氯硅烷对凝胶进行疏水改性，其中三甲基氯硅烷/正己烷体积比为10％，疏水改性3次，8h/次，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；
S6.对S5中凝胶进行常压干燥，在40℃下干燥6h，接着在100℃下干燥2h，制得密度为0.27g/cm3、孔隙率为87.7％、初始模量为71MPa、拉伸应力为0.93MPa、导热系数为0.0521W/(m·K)、吸附能力为4.88mg/g、在800℃具有热稳定性的、完全亲水的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/玻璃纤维制品。
实施例3
一种同时具有亲水和疏水性能的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品的制备方法，主要由氧化石墨烯、二氧化硅气凝胶和纤维制品制得。其中二氧化硅气凝胶是以硅源为前驱体，采用酸碱两步、溶胶凝胶法得到的二氧化硅凝胶，经由溶剂交换等一系列过程后干燥制得；纤维可以是短纤或长丝，可以是无机或有机纤维，纤维制品可以是纤维本身、纤维机织物、针织物或非织造布中的一种或多种。具体步骤为：
S1.选取正硅酸乙酯：乙醇：水的摩尔比为1:8:7，并加入N,N-二甲基甲酰胺(为正硅酸乙酯体积的5％)，将其混合搅拌1h制备二氧化硅溶胶，添加一定的盐酸溶液，控制混合溶液的pH值在3-5之间；
S2.向S1中制得的二氧化硅溶胶中加入0.1mol/l的氨水溶液，控制添加后的混合溶液pH值在8-10之间。
S3.将S2中二氧化硅溶胶分为体积相等的2份，向其中一份加入氧化石墨烯溶液(氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％)，记为第一改性溶胶B，再向另一份中加入氧化石墨烯溶液(氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.09％)，记为第二改性溶胶B。需要注意的是，由于氧化石墨烯极易团聚，因此加入氧化石墨烯溶液后需使用超声波对改性溶胶进行分散；超声波功率40W，超声时间10min之间，超声温度在40℃；
S4.将玄武岩纤维制品部分浸入第一改性溶胶B中，经过一段时间静置后变成凝胶；再将玄武岩纤维未凝胶部分浸入第二改性溶胶B中，经过一段时间静置后变成凝胶，得到两侧具有不同亲疏水性能的玄武岩纤维制品。
进一步的，可以通过改变玄武岩纤维制品在不同浓度氧化石墨烯溶胶中浸入体积的不同，可制得不同亲水凝胶-疏水凝胶体积比的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
S5.使用体积比为1:1的硅源/无水乙醇的混合溶液对S4中的凝胶进行48h的老化，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；并使用疏水改性剂三甲基氯硅烷与正己烷的混合溶液对凝胶进行疏水改性，其中三甲基氯硅烷占正己烷体积比为10％，疏水改性3次，8h/次，再使用正己烷对凝胶进行3次，8h/次的溶剂置换；
S6.对S5中凝胶进行常压干燥，在40℃下干燥6h，接着在100℃下干燥2h，制得两侧具有不同亲疏水性能的、低密度、高孔隙率的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/玄武岩纤维制品，有望在吸附、分离等领域得到应用。
本实施例的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品一侧亲水，另一侧疏水，适用范围广且使用方便。
进一步的，所述步骤3中，将溶胶A分为多份，并配置浓度梯度增加的氧化石墨烯溶液，并分别在多份溶胶A加入不同浓度的氧化石墨烯溶液，制得梯度浓度氧化石墨烯凝胶，所述步骤4中，将纤维制品依次浸入不同浓度的氧化石墨烯浓度改性溶胶中，通过精准调控溶胶高度，采用浸入、凝胶交替分步实施的方式，实现厚度方向氧化石墨烯的分段扩散，获得梯度氧化石墨烯含量的二氧化硅凝胶，二氧化硅凝胶经老化、溶剂置换、疏水处理及干燥可制得梯度浓度氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/玄武岩纤维制品。
不同浓度氧化石墨烯的加入可以获得梯度亲疏水的二氧化硅气凝胶/纤维制品，其使用范围得到扩大。氧化石墨烯的浓度梯度可以增强不同浓度之间气凝胶的连接，提高其成块性，得到气凝胶骨架结构良好的，低密度、高孔隙率的纤维制品，此外，梯度浓度能有效的减小纤维制品内应力，提高其力学性能；提高纤维制品的吸附速率；有效地降低传热温度梯度，提高其隔热性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将硅源、醇、水和酸催化剂混合，控制混合溶液的pH值在2-6之间，搅拌后得到二氧化硅溶胶；
步骤2、向步骤1制得的二氧化硅溶胶中加入去离子水和碱催化剂，控制混合溶液的pH值在7-11之间，搅拌后得到改性溶胶A；
步骤3、向改性溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到改性溶胶B；
步骤4、将纤维制品完全浸入改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到凝胶；
步骤5、使用硅源/醇的混合溶液对S4中的凝胶进行老化处理，再使用置换溶剂对凝胶进行溶剂置换，得到氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品半成品；
步骤6、对氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品半成品进行疏水改性和干燥，得到氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，步骤3中，还包括使用超声波对改性溶胶B进行分散的步骤，超声波功率在10-200W之间，超声时间在0-20min之间，超声温度在25-80℃之间。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，当步骤3中的氧化石墨烯的质量不大于硅源中硅元素质量的0.015％时，制得的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品为疏水型。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，当步骤3中的氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％-1.5％时，制得的氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品为亲水型。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为：将溶胶A分为两份，向一份溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到第一改性溶胶B，其中氧化石墨烯的质量相当于硅源中硅元素质量的0.015％-1.5％；向另一份溶胶A中加入氧化石墨烯溶液得到第二改性溶胶B，其中氧化石墨烯的质量不大于硅源中硅元素质量的0.015％；
所述步骤4具体为：将纤维制品的一部分浸入第一改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到第一凝胶，将裸露在第一凝胶外的纤维制品浸入第二改性溶胶B中，经过一段时间静置后得到两侧具有不同亲疏水性能的混合凝胶。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，通过改变纤维制品在第一改性溶胶B和第二改性溶胶B中的浸入体积，可制得不同亲水凝胶-疏水凝胶体积比的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
7.根据权利要求5所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将溶胶A分为多份，并配置浓度梯度增加的氧化石墨烯溶液，并分别在多份溶胶A中加入不同浓度的氧化石墨烯溶液，制得梯度浓度氧化石墨烯凝胶，所述步骤4中，将纤维制品依次浸入不同浓度的氧化石墨烯改性溶胶中，通过精准调控溶胶高度，采用浸入、凝胶交替分步实施的方式，实现厚度方向氧化石墨烯的分段扩散，获得梯度氧化石墨烯含量的二氧化硅凝胶，二氧化硅凝胶经老化、溶剂置换、疏水处理及干燥可制得梯度浓度氧化石墨烯改性的二氧化硅气凝胶/纤维制品。
8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，所述步骤1中硅源与醇的摩尔比为1:(1-50)，所述硅源与水的摩尔比为1:(1-20)。
9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法，其特征在于，所述纤维是无机或有机纤维，所述纤维是玄武岩纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；所述纤维制品是纤维本身、纤维机织物、针织物或非织造布中的一种或多种。
CN201810661505.0A 2018-06-25 2018-06-25 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法 Active CN108793943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810661505.0A CN108793943B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810661505.0A CN108793943B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108793943A true CN108793943A (zh) 2018-11-13
CN108793943B CN108793943B (zh) 2021-10-26

Family

ID=64071106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810661505.0A Active CN108793943B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108793943B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109603748A (zh) * 2018-12-24 2019-04-12 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 用于处理含油废水的复合材料及其制备方法
CN109721330A (zh) * 2019-03-07 2019-05-07 南京工业大学 一种GO-SiO2复合超高分子量聚乙烯纤维布气凝胶的制备方法
CN109950493A (zh) * 2019-03-27 2019-06-28 东莞东阳光科研发有限公司 硅气凝胶/微膨石墨复合材料、其制备方法及应用
CN110127705A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 杭州师范大学 一种氧化石墨烯改性的阻燃硅气凝胶的制备方法
CN111607893A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 浙江天晟信息技术有限公司 一种拒水型无纺布及其制备方法
CN113340960A (zh) * 2021-07-16 2021-09-03 福建师范大学 一种基于硅溶胶检测莱克多巴胺的电化学传感器制备方法
CN113416028A (zh) * 2021-07-15 2021-09-21 安徽瑞联节能科技股份有限公司 一种耐水气凝胶保温材料的生产工艺
CN113775030A (zh) * 2021-10-14 2021-12-10 山东路德新材料股份有限公司 一种排水格栅及其制造方法
CN114133203A (zh) * 2021-12-22 2022-03-04 舒城诚鑫建材有限公司 石膏膨胀珍珠岩混合自保温材料及其生产工艺
CN114180582A (zh) * 2021-12-27 2022-03-15 中国人民解放军海军工程大学 一种多级孔二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
CN114195495A (zh) * 2020-10-17 2022-03-18 朱晶晶 一种二氧化硅气凝胶复合保温面料

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付长璟: "《石墨烯的制备、结构及应用》", 30 June 2017, 哈尔滨工业大学出版社 *
归佳寅等: "逐层凝胶法制备密度渐变SiO2气凝胶及界面研究", 《功能材料》 *
李懋强: "《热学陶瓷-性能·测试·工艺》", 30 June 2013, 中国建材工业出版社 *
贺伟: "石墨烯、纤维增强硅气凝胶的制备与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109603748A (zh) * 2018-12-24 2019-04-12 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 用于处理含油废水的复合材料及其制备方法
CN109603748B (zh) * 2018-12-24 2022-03-11 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 用于处理含油废水的复合材料及其制备方法
CN109721330A (zh) * 2019-03-07 2019-05-07 南京工业大学 一种GO-SiO2复合超高分子量聚乙烯纤维布气凝胶的制备方法
CN109950493A (zh) * 2019-03-27 2019-06-28 东莞东阳光科研发有限公司 硅气凝胶/微膨石墨复合材料、其制备方法及应用
CN109950493B (zh) * 2019-03-27 2022-02-15 东莞东阳光科研发有限公司 硅气凝胶/微膨石墨复合材料、其制备方法及应用
CN110127705A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 杭州师范大学 一种氧化石墨烯改性的阻燃硅气凝胶的制备方法
CN110127705B (zh) * 2019-05-14 2021-06-01 杭州师范大学 一种氧化石墨烯改性的阻燃硅气凝胶的制备方法
CN111607893A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 浙江天晟信息技术有限公司 一种拒水型无纺布及其制备方法
CN114195495A (zh) * 2020-10-17 2022-03-18 朱晶晶 一种二氧化硅气凝胶复合保温面料
CN113416028A (zh) * 2021-07-15 2021-09-21 安徽瑞联节能科技股份有限公司 一种耐水气凝胶保温材料的生产工艺
CN113416028B (zh) * 2021-07-15 2023-02-24 安徽瑞联节能科技股份有限公司 一种耐水气凝胶保温材料的生产工艺
CN113340960A (zh) * 2021-07-16 2021-09-03 福建师范大学 一种基于硅溶胶检测莱克多巴胺的电化学传感器制备方法
CN113340960B (zh) * 2021-07-16 2023-04-14 福建师范大学 一种基于硅溶胶检测莱克多巴胺的电化学传感器制备方法
CN113775030A (zh) * 2021-10-14 2021-12-10 山东路德新材料股份有限公司 一种排水格栅及其制造方法
CN114133203A (zh) * 2021-12-22 2022-03-04 舒城诚鑫建材有限公司 石膏膨胀珍珠岩混合自保温材料及其生产工艺
CN114180582A (zh) * 2021-12-27 2022-03-15 中国人民解放军海军工程大学 一种多级孔二氧化硅气凝胶材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108793943B (zh) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108793943A (zh) 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法
CN105645921B (zh) 一种制备复合SiO2气凝胶毡的方法
CN106830878A (zh) 一种超疏水性硅铝锆复合材料及其制备方法
CN106867019B (zh) 一锅法制备SiO2-纤维素复合气凝胶材料的方法
CN107244882B (zh) 一种二氧化硅气凝胶毡及其制备方法
CN107263948B (zh) 一种防火保温装饰一体化板及其制备方法
CN108658576A (zh) 一种复合二氧化硅气凝胶毡的制备方法
CN106747576B (zh) 一种常压均化低成本制备建筑用气凝胶的方法
CN110565366B (zh) 一种硅气凝胶复合材料的制备方法
CN109516763A (zh) 一种纤维素纤维/SiO2复合气凝胶材料及其制备和应用
CN103496706A (zh) 一种气凝胶复合材料的制备方法
CN111454041A (zh) 一种纤维增强二氧化硅气凝胶的制备方法
CN106007652A (zh) 一种高温疏水SiO2气凝胶毡的制备方法
CN111607253B (zh) 一种二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法
CN109179428B (zh) 一种增强型透明二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN108116011B (zh) 一种表面经过防护处理的夹层结构热防护材料及其制备方法
CN108793173A (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
CN109487537A (zh) 一种高强度纤维素/SiO2复合气凝胶长纤维及其制备方法
CN115259828A (zh) 一种冷冻干燥制备碳纤维及碳纳米管复合硅气凝胶的方法
CN105271263B (zh) 一种低密度透明二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN105036142B (zh) 一种增韧型SiO2气凝胶复合材料的制备方法
CN111018473B (zh) 一种包含梯度分布的抗辐射剂的隔热材料及其制备方法和应用
CN106565198B (zh) 一种常压干燥制备柔性二氧化硅气凝胶的方法
CN108484097B (zh) 一种木质素增强二氧化硅气凝胶毡的制备方法
CN108911692A (zh) 氧化石墨烯改性的亲疏水性可调的光催化二氧化硅气凝胶纤维制品的制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant