CN110589840A - 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法 - Google Patents

一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110589840A
CN110589840A CN201910940934.6A CN201910940934A CN110589840A CN 110589840 A CN110589840 A CN 110589840A CN 201910940934 A CN201910940934 A CN 201910940934A CN 110589840 A CN110589840 A CN 110589840A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon dioxide
aerogel
ethyl alcohol
absolute ethyl
efficient
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
CN201910940934.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110589840B (zh
Inventor
刘喜宗
张继承
姚栋嘉
郭金建
李静
陈帅
王红伟
何凤霞
董会娜
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.)
Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd
Original Assignee
Gongyi Van Research Yihui Composite Material 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 Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd filed Critical Gongyi Van Research Yihui Composite Material Co Ltd
Priority to CN201910940934.6A priority Critical patent/CN110589840B/zh
Publication of CN110589840A publication Critical patent/CN110589840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110589840B publication Critical patent/CN110589840B/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
    • C01B33/158—Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585—Dehydration into aerogels
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明属于气凝胶的制备技术领域，公开一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法。首先采用溶胶‑凝胶法制得二氧化硅凝胶，然后置于改性液中改性处理8‑16 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换，最后干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶（0.02‑0.1）∶（0.0005‑0.0008）组成的混合液；所述碱性催化剂为三乙烯四胺、二乙烯三胺、乙二胺、四乙烯五胺或氢氧化钠。本发明采用低分子羟基硅油为疏水剂制备二氧化硅气凝胶会降低气凝胶的生产成本，缩短生产周期，本发明制备的疏水化气凝胶工艺简单、成本低廉且气凝胶的疏水化效果较好。

Description

一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于气凝胶的制备技术领域，具体涉及一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法。
背景技术
气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料，内部为高度交联的连续三维网络纳米中空结构，具有大的比表面积（500-1300 m2/g），低密度（30-150 Kg/m3），高孔隙率（85%-99%），平均孔径小（2-50 nm），以及比室温空气更低的热导率（0.01-0.02 W/m·K）等特点，是目前公认热导率最低的固体材料，主要应用于航空航天、化学化工、节能建筑、隔热保温、催化剂载体、光学、声学等方面。
制备二氧化硅气凝胶的原料通常包括水玻璃、正硅酸酯、硅溶胶等，为了提高产品的疏水性、机械强度等性能，往往需要额外的改性处理，而这一步骤会增加生产成本。因此，需要一种简便、成本低廉、易于工业化生产的方法，来制备保温隔热性能突出同时具有优良疏水性的二氧化硅气凝胶。目前通常用的疏水剂是六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷等，但是这些疏水剂价格偏高，且用量较大，所以更需要一种价格低廉的疏水剂来制备具有疏水性的二氧化硅气凝胶，以减少生产成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，克服传统疏水化过程成本高、周期长的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法：首先采用溶胶-凝胶法制得二氧化硅凝胶，然后置于改性液中改性处理8-16 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换，最后干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；
其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶（0.02-0.1）∶（0.0005-0.0008）组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量（即羟基硅油的摩尔量=羟基硅油的质量/（CH3）2SiO2的分子量）；所述碱性催化剂为三乙烯四胺、二乙烯三胺、乙二胺、四乙烯五胺或氢氧化钠。
较好地，所述二氧化硅凝胶的制备过程为：取正硅酸酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH4F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后静置老化，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸酯∶无水乙醇∶水=1∶（4-12）∶（2-4）；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸酯=（0.002-0.01）∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸酯=（0.005-0.015）∶1。
较好地，所述正硅酸酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
较好地，二氧化硅溶胶在30-60 ℃下静置老化8-24 h。
较好地，溶剂置换的次数为2-3次，每次置换的时间为12-24 h。
较好地，所述干燥为超临界干燥、常压干燥、冷冻干燥中的一种。
本发明提供一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，通过以低分子量羟基硅油为疏水剂，相对于目前常用的疏水剂，低分子羟基硅油在工业上大量生产，价格低廉；同时羟基硅油的分子量不是单一的，是不同的分子量的混合体，属于小分子混合物，能够很好地兼容气凝胶表面的羟基，羟基硅油含有的羟基和凝胶分子链上的羟基反应，起到疏水化作用，在疏水化过程中加入碱性催化剂，能够加快疏水化过程。因此，采用低分子羟基硅油为疏水剂制备二氧化硅气凝胶会降低气凝胶的生产成本，缩短生产周期，本发明制备的疏水化气凝胶工艺简单、成本低廉且气凝胶的疏水化效果较好。
附图说明
图1为实施例1制备得到的气凝胶宏观疏水照片。
图2为实施例2制备得到的气凝胶宏观疏水照片。
图3为实施例3制备得到的气凝胶宏观疏水照片。
图4为实施例4制备得到的气凝胶宏观疏水照片。
具体实施方式
实施例1
一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法：
（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后在30 ℃下静置老化24 h，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶12∶4；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.008∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.01∶1；
（2）、将二氧化硅凝胶置于改性液中改性处理16 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换2次，每次置换的时间为24 h，最后超临界干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶0.02∶0.0005组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量；所述碱性催化剂为乙二胺。
所得气凝胶的宏观疏水照片见图1，采用量角器测量气凝胶毡表面静置液滴（水滴）的接触角，液滴与表面的夹角为115°。
实施例2
一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法：
（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后在60 ℃下静置老化8 h，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶10∶3；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.01∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.015∶1；
（2）、将二氧化硅凝胶置于改性液中改性处理12 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换3次，每次置换的时间为12 h，最后超临界干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶0.06∶0.0006组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量；所述碱性催化剂为三乙烯四胺。
所得气凝胶的宏观疏水照片见图2所示，采用量角器测量气凝胶毡表面静置液滴（水滴）的接触角，液滴与表面的夹角为120°。
实施例3
一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法：
（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后在50 ℃下静置老化20 h，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶8∶3；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.006∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.012∶1；
（2）、将二氧化硅凝胶置于改性液中改性处理8 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换2次，每次置换的时间为20 h，最后超临界干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶0.08∶0.0007组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量；所述碱性催化剂为二乙烯三胺。
所得气凝胶的宏观疏水照片见图3，采用量角器测量气凝胶毡表面静置液滴（水滴）的接触角，液滴与表面的夹角为135°。
实施例4
一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法：
（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入2 mol/L的NH4F溶液和0.2moL/L的氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后在50 ℃下静置老化20 h，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸乙酯∶无水乙醇∶水=1∶4∶2；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸乙酯=0.002∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸乙酯=0.005∶1；
（2）、将二氧化硅凝胶置于改性液中改性处理16 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换3次，每次置换的时间为16 h，最后超临界干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶0.08∶0.0006组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量；所述碱性催化剂为氢氧化钠。
所得气凝胶的宏观疏水照片见图4，采用量角器测量气凝胶毡表面静置液滴（水滴）的接触角，液滴与表面的夹角为128°。

Claims (6)

1.一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于：首先采用溶胶-凝胶法制得二氧化硅凝胶，然后置于改性液中改性处理8-16 h，接着用无水乙醇进行溶剂置换，最后干燥处理，即得疏水化二氧化硅气凝胶；
其中，所述改性液是由无水乙醇、羟基硅油、碱性催化剂按摩尔比1∶（0.02-0.1）∶（0.0005-0.0008）组成的混合液，并且羟基硅油的摩尔量以重复单元（CH3）2SiO2来计量；所述碱性催化剂为三乙烯四胺、二乙烯三胺、乙二胺、四乙烯五胺或氢氧化钠。
2.如权利要求1所述的廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅凝胶的制备过程为：取正硅酸酯、无水乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH4F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，然后静置老化，得到二氧化硅凝胶；其中，以摩尔比计，正硅酸酯∶无水乙醇∶水=1∶（4-12）∶（2-4）；NH4F溶液的加入量保证以摩尔比计，NH4F∶正硅酸酯=（0.002-0.01）∶1，氨水的加入量保证以摩尔比计，NH3∶正硅酸酯=（0.005-0.015）∶1。
3.如权利要求2所述的廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于：所述正硅酸酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
4.如权利要求2所述的廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于：二氧化硅溶胶在30-60 ℃下静置老化8-24 h。
5.如权利要求1所述的廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于：溶剂置换的次数为2-3次，每次置换的时间为12-24 h。
6.如权利要求1所述的廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于：所述干燥为超临界干燥、常压干燥、冷冻干燥中的一种。
CN201910940934.6A 2019-09-30 2019-09-30 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法 Active CN110589840B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910940934.6A CN110589840B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910940934.6A CN110589840B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110589840A true CN110589840A (zh) 2019-12-20
CN110589840B CN110589840B (zh) 2021-06-25

Family

ID=68865173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910940934.6A Active CN110589840B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110589840B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113401910A (zh) * 2021-07-30 2021-09-17 江苏泛亚微透科技股份有限公司 一种二氧化硅气凝胶及其低腐蚀制备方法
CN115043408A (zh) * 2022-07-04 2022-09-13 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103450487A (zh) * 2013-09-06 2013-12-18 南京工业大学 一种亲疏水性可调的纳米SiO2粉体
CN107381581A (zh) * 2017-08-28 2017-11-24 优澎（嘉兴）新材料科技有限公司 疏水性二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
WO2018049965A1 (zh) * 2016-09-14 2018-03-22 周水林 一种以微乳液为前体快速制备气凝胶的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103450487A (zh) * 2013-09-06 2013-12-18 南京工业大学 一种亲疏水性可调的纳米SiO2粉体
WO2018049965A1 (zh) * 2016-09-14 2018-03-22 周水林 一种以微乳液为前体快速制备气凝胶的方法
CN107381581A (zh) * 2017-08-28 2017-11-24 优澎（嘉兴）新材料科技有限公司 疏水性二氧化硅气凝胶材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI WANG ET AL.: "Selective co-deposition of anionic silica particles at hydrophobic surfaces from formulations of oppositely charged polymers and surfactants", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113401910A (zh) * 2021-07-30 2021-09-17 江苏泛亚微透科技股份有限公司 一种二氧化硅气凝胶及其低腐蚀制备方法
CN115043408A (zh) * 2022-07-04 2022-09-13 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法
CN115043408B (zh) * 2022-07-04 2023-11-10 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种柔韧性二氧化硅气凝胶、气凝胶毡及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110589840B (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106629750B (zh) 一种透明二氧化硅块体气凝胶的常压制备方法
CN103130231B (zh) 一种二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
CN110589840B (zh) 一种廉价高效的疏水化二氧化硅气凝胶的制备方法
EP1770063A1 (en) Process for producing silica aerogel
Luo et al. Rapid synthesis and characterization of ambient pressure dried monolithic silica aerogels in ethanol/water co-solvent system
CN108002749B (zh) 一种疏水高弹性甲基硅倍半氧烷气凝胶块体及其制备方法
CN108484098B (zh) 一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法
CN105198375B (zh) 一种绝热二氧化硅气凝胶/羟基化玻璃纤维毡复合材料及其制备方法
CN111018482B (zh) 一种纤维增强柔性二氧化硅气凝胶的制备方法
CN108423685A (zh) 二氧化硅气凝胶的常压制备方法
CN103936018B (zh) 一种常压干燥制备疏水性SiO2气凝胶的方法
CN101698583B (zh) 一种多组元气凝胶复合材料及其制备方法
CN101633505A (zh) 微波反应制得的具有气凝胶特性的SiO2纳米级多孔材料及其制备方法
US20080081014A1 (en) Rapid preparation process of aerogel
CN101096273A (zh) 一种块状低密度凝胶隔热复合材料
CN104341594A (zh) 一种交联型聚酰亚胺二氧化硅混合气凝胶的制备方法
CN110723738B (zh) 增强型二氧化硅气凝胶的制备方法、增强型二氧化硅气凝胶及其应用
JP2008208019A (ja) 多孔質材及びその調製方法
KR20180029500A (ko) 실리카 에어로겔의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리카 에어로겔
CN110615663A (zh) 一种实木纤维/SiO2气凝胶复合保温材料及制备方法
CN105271260B (zh) 一种常压干燥制备疏水二氧化硅气凝胶的方法
WO2023226710A1 (zh) 制备二氧化硅气凝胶或其复合制品的方法
CN102515181A (zh) 一种提高气凝胶复合材料强度的方法
CN112897532A (zh) 一种二氧化硅气凝胶粉体及其制备方法和应用
CN112897980A (zh) 一种纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法

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