CN110436470B - 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种凝胶处理剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110436470B
CN110436470B CN201910844230.9A CN201910844230A CN110436470B CN 110436470 B CN110436470 B CN 110436470B CN 201910844230 A CN201910844230 A CN 201910844230A CN 110436470 B CN110436470 B CN 110436470B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gel
parts
treating agent
treatment agent
preparation
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.)
Active
Application number
CN201910844230.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110436470A (zh
Inventor
吴均喜
高明
徐坚
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.)
Junyijia Wuhan Technology Co ltd
Original Assignee
Junyijia Wuhan Technology 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 Junyijia Wuhan Technology Co ltd filed Critical Junyijia Wuhan Technology Co ltd
Priority to CN201910844230.9A priority Critical patent/CN110436470B/zh
Publication of CN110436470A publication Critical patent/CN110436470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110436470B publication Critical patent/CN110436470B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • C01B33/159—Coating or hydrophobisation
    • 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
    • C01B33/16—Preparation of silica xerogels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明属于气凝胶技术领域，具体涉及一种凝胶处理剂及其制备方法和应用。本发明的凝胶处理剂，由以下重量份数的原料组成：疏水改性剂0.5～30份、溶剂1～50份、稳定剂1～50份、活化剂1～30份和催化剂1～10份。本发明的凝胶处理剂可以用于提高二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡的疏水改性效率，改性时间控制在1～1.5h，且提高了凝胶处理剂在使用、储存和运输等环节中的安全性。

Description

一种凝胶处理剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气凝胶技术领域，具体涉及一种凝胶处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
气凝胶，是指凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体的一种高分散固态材料。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。目前，气凝胶的制备方法主要包括三个部分，一是溶胶-凝胶化过程，二是凝胶的老化，三是干燥工艺。而现有技术中得到推崇的干燥工艺为常压干燥工艺，这是因为其采用的设备简单且价格相对低廉。但是，由于凝胶表面存在大量的OH-亲水性离子基团，干燥过程中会有强烈的毛细管收缩作用，使得凝胶坍塌和破裂，因此，采用常压干燥工艺的凝胶需要进行改性。
中国专利CN108423685A公开了一种二氧化硅气凝胶的常压制备方法，具体公开了以正硅酸乙酯为硅源、乙醇为溶剂，酸、碱为催化剂，三甲基氯硅烷为表面改性剂，常压干燥制备出超疏水二氧化硅气凝胶。但是该制备方法中流程复杂，改性效率低(改性时间为24-48小时)，无法实现快速、连续地生产。
发明内容
本发明旨在提供一种凝胶处理剂及其制备方法和应用，本发明的凝胶处理剂可以用于提高二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡的疏水改性效率，改性时间控制在1～1.5h，且提高了凝胶处理剂在使用、储存和运输等环节中的安全性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种凝胶处理剂，由以下重量份数的原料组成：
疏水改性剂0.5～30份、溶剂1～50份、稳定剂1～50份、活化剂1～30份和催化剂1～10份；
所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氨气、无水硫酸钠和无水硫酸钾中的至少一种。
进一步地，所述疏水改性剂为一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯化硅和有机硅共沸物中至少一种。
更进一步地，所述疏水改性剂的水解物为六甲基二硅氮烷和六甲基二硅氧烷中的至少一种。
进一步地，所述溶剂为水、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、无水乙醚中的至少一种。
进一步地，所述稳定剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、四氯化碳、二价酸酯、二乙二醇丁醚和丙二醇单苯基醚中的至少一种。
进一步地，所述活化剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二恶烷、六甲基磷酰胺、四氢呋喃、二元酸二甲酯、乙酸戊酯和乙酸正丁酯中的至少一种。
本发明提供了凝胶处理剂的制备方法，包括以下步骤：
A)取配方量的疏水改性剂、溶剂和催化剂进行反应，再加入活化剂，得到混合物；
B)将步骤A)中的混合物分离精馏，收集目标产物；
C)取配方量的稳定剂加入步骤B)中的目标产物进行反应，得到凝胶处理剂。
本发明还提供一种气凝胶的制备方法，包括以下步骤：取固化充分、酸化好的二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡，加入2～20倍质量的凝胶处理剂于25～80℃下搅拌反应/浸泡1～1.5h，固液分离，干燥，得到气凝胶。
本发明凝胶处理剂中的改性剂能水解为六甲基二硅氮烷和/或六甲基二硅氧烷，这些水解物能取代二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡中的Si-OH基团，生成稳定的Si-R基团，从而得到疏水性功能，而催化剂提高了改性剂的水解效率，活化剂提高了凝胶处理剂对二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡的改性效率，从而实现提高二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡的改性效率。但由于这些原料反应得到的混合物出现闪燃的问题，为此，发明人通过加入稳定剂以改善上述问题。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的凝胶处理剂对二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡的改性效率高，改性时间控制在1～1.5h，且对二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡改性效果好，改性后的疏水接触角达到150°，从而降低了毛细管的收缩作用，避免二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡凝胶坍塌和破裂。
(2)本发明的凝胶处理剂闪点高，达到50℃以上，提高了在使用、储存和运输等环节中的安全性。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。
表一实施例1-8凝胶处理剂的配方
Figure BDA0002194659690000031
Figure BDA0002194659690000041
实施例1凝胶处理剂的制备方法：
A)取三甲氯硅烷、水、碳酸钠于40℃反应1h，加入六甲基磷酰胺后，在温度60℃下经过换热器，高速混合反应0.5h，得到混合物；
B)将步骤A)中的混合物分离精馏，收集目标产物；
C)对步骤B)中的目标产物缓慢滴加二氯乙烷和二氯甲烷于室温混合0.5h，得到凝胶处理剂。
实施例2凝胶处理剂的制备方法：
A)取正己烷于室温下滴加三甲氯硅烷，在搅拌状态下通入氨气，控制反应温度低于45℃，反应1.5h；然后加入水于室温搅拌0.5h后，加入无水硫酸钠，温度升至50℃，再加入二元酸二甲酯高速搅拌反应0.5h；
B)将步骤A)中的混合物分离精馏，收集目标产物；
C)对步骤B)中的目标产物加入二氯甲烷，得到凝胶处理剂。
实施例3凝胶处理剂的制备方法：
A)将三甲氯硅烷和二甲二氯硅烷滴加入水中搅拌均匀后，加入二甲苯，通入氨气，控制反应温度低于80℃，反应压力小于0.2MPa，1h停止通氨气，再次加入氢氧化钠水溶液，将温度保持在60℃，然后加入乙酸戊酯和二恶烷，搅拌反应1h；
B)将步骤A)中的混合物分离精馏，收集目标产物；
C)对步骤B)中的目标产物加入二乙二醇丁醚，得到凝胶处理剂。
表二对比例1-6凝胶处理剂的制备方法
Figure BDA0002194659690000051
Figure BDA0002194659690000061
对比例1-3的制备方法与实施例1的制备方法类似，对比例4-6的制备方法与实施例3的制备方法类似。
试验一、疏水角的测定
试验方法：(1)取固化充分、酸化好的二氧化硅凝胶，分别加入凝胶处理剂于50℃下搅拌反应1.5h，固液分离，干燥，得到气凝胶样品；(2)将气凝胶样品均匀的涂抹在载玻片上，然后将表面平整的气凝胶样品放在观察台上，采用德国东方菲德OCA35型全自动接触角测量仪对气凝胶样品进行疏水表征，滴完液滴等待三十秒后记录数据。
表三水滴滴在气凝胶样品表面的疏水接触角
Figure BDA0002194659690000062
Figure BDA0002194659690000071
从表三可以看出，实施例1-8的疏水接触角大，疏水接触角越大疏水性越好。相对于实施例1，对比例1(未添加催化剂)的疏水接触角小；相对于实施例3，对比例4(未添加催化剂)的疏水接触角小；其原因为在相同的时间内，改性剂水解为六甲基二硅氮烷和/或六甲基二硅氧烷的速度慢，使得改性剂无法反应完全。相对于实施例1，对比例2(未添加活化剂)的疏水接触角小；相对于实施例3，对比例5(未添加活化剂)的疏水接触角小，这是因为在相同的时间内，对比例2和对比例5的凝胶处理剂对二氧化硅凝胶没有完全改性，使二氧化硅凝胶中仍含有Si-OH基团。
试验二、闪点的测定
试验方法：将MINIFLASH闪点测定仪配备的内置磁力搅拌器插入样品杯内，开启转动式磁铁。移取低温保存的样品约1mL至样品杯中，将样品杯放置在闪点仪内，点击运行开始测试。样品杯自动升高，当样品达到开始温度时，开始闪点测试的首次点火，并跟踪观测压力的增加。如果压力增加值低于阈值，则继续进行样品测试，直到点火后压力增加超过程序设定的阈值为止，表明样品被点燃发生爆炸，对应的温度则为样品闪点，仪器自动给出试样闭杯闪点值。
表四不同实施例和对比例的闪点
序号 组别 闪点/℃
1 实施例1 49
2 实施例2 47
3 实施例3 51
4 实施例4 43
5 实施例5 48
6 实施例6 50
7 实施例7 46
8 实施例8 50
9 对比例1 49
10 对比例2 49
11 对比例3 5
12 对比例4 50
13 对比例5 49
14 对比例6 -2
从表四可以看出，对比例3凝胶处理剂(未添加二氯乙烷和二氯甲烷)和对比例6凝胶处理剂(未添加二乙二醇丁醚)的闪点低，在使用、储存和运输等环节中容易发生危险事故。而实施例1凝胶处理剂(添加二氯乙烷和二氯甲烷)和实施例3凝胶处理剂(添加二乙二醇丁醚)的闪点较高，说明稳定剂的加入能显著提高凝胶处理剂的闪点，从而提高了凝胶处理剂的使用安全性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种凝胶处理剂，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：
疏水改性剂0.5～30份、溶剂1～50份、稳定剂1～50份、活化剂1～30份和催化剂1～10份；
所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氨气、无水硫酸钠和无水硫酸钾中的至少一种；
所述稳定剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、四氯化碳、二价酸酯、二乙二醇丁醚和丙二醇单苯基醚中的至少一种；
所述疏水改性剂为一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯化硅和有机硅共沸物中至少一种；
所述活化剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二恶烷、六甲基磷酰胺、四氢呋喃、二元酸二甲酯、乙酸戊酯和乙酸正丁酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述凝胶处理剂，其特征在于，所述疏水改性剂的水解物为六甲基二硅氮烷和六甲基二硅氧烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述凝胶处理剂，其特征在于，所述溶剂为水、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、无水乙醚中的至少一种。
4.权利要求1～3任一项所述凝胶处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)取配方量的疏水改性剂、溶剂和催化剂进行反应，再加入活化剂，得到混合物；
B)将步骤A)中的混合物分离精馏，收集目标产物；
C)取配方量的稳定剂加入步骤B)中的目标产物进行反应，得到凝胶处理剂。
5.权利要求1～3任一项所述凝胶处理剂在制备气凝胶中的应用。
6.一种气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取固化充分、酸化好的二氧化硅凝胶/二氧化硅凝胶毡，加入2～20倍质量的凝胶处理剂于25～80℃下搅拌反应/浸泡1～1.5h，固液分离，干燥，得到气凝胶；所述凝胶处理剂为权利要求1～3任一项所述凝胶处理剂。
CN201910844230.9A 2019-09-06 2019-09-06 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用 Active CN110436470B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910844230.9A CN110436470B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910844230.9A CN110436470B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110436470A CN110436470A (zh) 2019-11-12
CN110436470B true CN110436470B (zh) 2020-08-28

Family

ID=68439545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910844230.9A Active CN110436470B (zh) 2019-09-06 2019-09-06 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110436470B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2846889A1 (en) * 2012-05-08 2015-03-18 Dow Corning Corporation Purification of chlorosilanes using chromatography
CN105036143B (zh) * 2015-08-06 2021-06-29 江苏德威节能有限公司 一种纳米二氧化硅气凝胶制备方法
CN106082243B (zh) * 2016-06-12 2018-11-23 伊科纳诺（北京）科技发展有限公司 一种疏水二氧化硅气凝胶粉体的常压快速制备方法
CN106946262B (zh) * 2017-04-05 2019-07-05 江西宏柏新材料股份有限公司 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
CN109437832A (zh) * 2018-12-18 2019-03-08 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 一种自疏水型二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110436470A (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4828032B2 (ja) 疎水性シリカ粉末およびその製造方法
CA1204243A (en) Pulverulent polymer composition, a process for its preparation and adhesive based thereon
US20080081014A1 (en) Rapid preparation process of aerogel
CN102344699B (zh) 纳米二氧化硅修饰蒙脱土粒子制备及应用于原位法生成改性水性聚氨酯树脂的方法
US5985229A (en) Solid silica derivative and process for producing the same
JP4208838B2 (ja) 表面処理炭酸カルシウム及びそれを含有してなる樹脂組成物
CN104093667B (zh) 具有新型特征特性的二氧化硅球材料
JP4107395B2 (ja) 無機エーロゲルの未臨界製法
JP4240872B2 (ja) 構造変性された官能化ケイ酸
KR100867466B1 (ko) 입경 및 밀도가 증대되고 영구적 소수성을 갖는 에어로겔분말 제조방법 및 이로부터 제조된 에어로겔 분말
US11878911B2 (en) Method for producing a hydrophilic aerogel granule and application of the product thereof
CN104193289A (zh) 一种疏水性防护涂料及其制备方法
CN106829976A (zh) 一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法
CN110436470B (zh) 一种凝胶处理剂及其制备方法和应用
CN106315596A (zh) 一种低ctab比表面积低生热白炭黑的生产工艺
CN109368647B (zh) 一种改性纳米二氧化硅气凝胶的制备
CN103936014B (zh) 一种白炭黑的制备方法
CN115043408B (zh) 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法
US10759666B2 (en) Hydrophobic aerogels comprising low occupancy of monofunctional units
CN107109073A (zh) 末端甲硅烷基树脂组合物及其制造方法
CN112898942B (zh) 一种赋予单组份脱醇型硅酮密封胶良好阻燃性能专用重质碳酸钙及其制备方法
KR101606127B1 (ko) 기능성 나노기공 실리카 분말의 제조 방법
CN108546309B (zh) 一种用于纸张表面修饰剂的复合乳液制备方法
CN1117022A (zh) 一种尺寸可控纳米二氧化硅粉体的制备方法
JPS60226418A (ja) 石英ガラス塊の製造方法

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