CN111924850A - 一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶材料的制备方法 - Google Patents
一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于新材料制备领域，涉及一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶材料的制备方法。本方法将水玻璃和去离子水按一定的比例混合得到半透明的溶胶，然后通过球滴法形成球形氧化硅湿凝胶，球形湿凝胶用热的去离子水洗涤后，然后将老化后的球形湿凝胶或球形氨基改性湿凝胶放在交联改性溶液中进行交联改性，干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。本发明所提供的球形交联改性氧化硅气凝胶制备方法简单，有利于大规模工业化生产，具有良好的隔热保温性能且力学性能优异，平均粒径为1～5mm，堆积密度为0.15～0.40g/cm3，表观密度0.10～0.30g/cm3，比表面积30～350m2/g，制备成块状样品具有40～80％的可逆压缩形变，25℃室温热导率0.018～0.030W/(m·K)，可用于隔热保温领域。
Description
技术领域
本发明属于新材料的制备领域，尤其涉及一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶材料的制备方法。
背景技术
气凝胶种类众多，目前只有SiO2气凝胶隔热材料实现了产业化和工程应用。由于SiO2气凝胶孔隙率高、密度低，其力学性能极差，具体表现为脆性大、强度低，难以成型和加工。因此，纯SiO2气凝胶因强度低而无法作为隔热材料使用，目前的SiO2气凝胶隔热材料产品均是纤维毡增强材料与SiO2气凝胶复合的绝热毡。即使如此，SiO2气凝胶绝热毡仍存在掉粉掉渣的问题，存在安全、健康和洁净问题。通过有机-无机复合，聚合物交联可以增强氧化硅气凝胶的力学性能。交联改性的气凝胶材料所报道的专利较少，如专利CN201910086663.2采用含有乙烯基或烯丙基的烷氧基硅烷为前驱体，制备了弹性双交联气凝胶，但其成本高和工艺复杂。而球形交联改性氧化硅气凝胶材料可以解决解决传统SiO2气凝胶隔热材料成本高、力学性能差这些国际性难题。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统SiO2气凝胶的脆性大、强度低，难以成型和加工等问题而提供一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶材料的制备方法。球形交联改性氧化硅气凝胶以低成本的水玻璃作为前驱体，采用简单的球滴法制备出的一种具有优异力学性能的聚合物气凝胶材料，可以极大的提高氧化硅气凝胶材料的强度，克服其脆性大、掉粉和掉渣等问题，且有利于大规模生产和加工。
本发明目的技术方案为：一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将水玻璃、去离子水和酸催化剂混合制备得到球形氧化硅湿凝胶；
(2)将步骤(1)中得到的球形氧化硅湿凝胶置于20～60℃的去离子水中洗涤2～6h；
(3)配制交联改性液：25～35℃下将交联剂和乙腈按一定的比例混合，搅拌均匀后形成交联改性溶液，其中交联改性液的体积比为交联剂：乙腈＝(1～4)：1；
(4)将步骤(2)中球形湿凝胶进行氨基改性1～3天或者在30～80℃的有机溶剂中老化1～3天，取出后用乙腈洗涤，然后将洗涤后的球形氧化硅湿凝胶置于的步骤(3)所制备的交联改性液中，于25～80℃条件下进行改性1～4天；
(5)将步骤(4)中得到的交联改性的球形湿凝胶经过溶剂置换和干燥后得到球形交联改性的氧化硅气凝胶。
本发明制备得到的球形交联改性的氧化硅气凝胶的外观为完整无裂纹球形产品，平均粒径为1～5mm，堆积密度为0.15～0.40g/cm3，表观密度0.10～0.30g/cm3，比表面积30～350m2/g；球形样品具有优异的力学性能，制备成块状样品具有40～80％的可逆压缩形变，25℃室温热导率0.018～0.030W/(m·K)。
步骤(1)中将水玻璃、去离子水和酸催化剂混合制备得到球形氧化硅湿凝胶的制备方法参照本申请人的专利(公开号：CN 110339790A)：球形氨基改性氧化硅气凝胶及制备方法中权利要求的步骤(1)和(2)制得。优选步骤(1)中所述的酸催化剂为草酸、醋酸、盐酸或硫酸中的一种。
优选步骤(3)中所述的交联剂为六亚甲基二异氰酸酯、三异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上的组合。
步骤(4)将中所述的球形湿凝胶进行氨基改性的改性方法见本申请人专利(公开号：CN 110339790A)：球形氨基改性氧化硅气凝胶及制备方法中权利要求的步骤(4)和(5)进行。
优选步骤(4)中的有机溶剂为甲醇、乙醇或丙二醇中的任意一种。
优选步骤(5)中的溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇或正己烷中的任意一种。
优选步骤(5)中所述的干燥方法为常压干燥、真空干燥或超临界干燥中的一种。
有益效果：
本发明方法以及由该方法制备球形交联改性氧化硅气凝胶材料具有如下特点：
(1)设备简单，原料易得，成本低廉，容易实现规模化生产。
(2)球形交联改性氧化硅气凝胶材料一定程度上解决了传统SiO2气凝胶隔热材料成本高、力学性能差这些国际性难题，改善了SiO2气凝胶强度低、脆性大和掉粉掉渣等缺陷。
(3)本发明制备的球形交联改性氧化硅气凝胶可用于固体隔热保温，具有优异的力学性能和隔热性能。
附图说明
图1为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶的样品示意图；
图2为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶的SEM图；
图3为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶的TG图。
具体实施方式
实例1
在10℃下将模数为3、质量分数为30％的水玻璃和去离子水按1：5.3的体积比混合均匀，搅拌1分钟后加入催化剂草酸调节pH为5得到溶胶，将溶胶滴至50℃的二甲基硅油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于20℃的去离子水中洗涤2h，然后将球形湿凝胶取出置于20℃的氨基改性液(摩尔比：3-氨丙基三甲氧基硅烷：去离子水：乙醇＝1：3：12)中进行氨基改性1天。然后配置交联改性液，25℃下将六亚甲基二异氰酸酯和乙腈按1：1体积比混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将氨基改性的球形湿凝胶取出，然后用乙腈12h内洗涤1次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于25℃条件下进行改性1天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过甲醇溶剂置换和常压干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为1mm，堆积密度为0.15g/cm3，表观密度0.10g/cm3，比表面积250m2/g，25℃室温热导率0.018W/(m·K)，具有40％的可逆压缩形变。
参见附图，图1为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶样品图。从图上可以清楚的看出球形气凝胶为白色不透明的颗粒，粒径均匀。
参见附图，图2为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶的SEM图。从图上我们可以看到层状物质结构，错综复杂的交织在一起，一层又一层，由里到外，使气凝胶的结构更加密实，表明球形气凝胶材料交联成功。
参见附图，图3为实例1制得的球形交联改性氧化硅气凝胶的TG图。从图上我们可以看到交联后的球形气凝胶有较为明显的重量的损失，200℃～300℃损失是结合水，300℃后损失的是有机基团，如交联的链状基团，氨基等。表明交联改性后的球形气凝胶的结构稳定且交联效果良好。
实例2
在20℃下将模数为3.2、质量分数为35％的水玻璃和去离子水按1：5.6的体积比混合均匀，搅拌3分钟后加入催化剂醋酸调节pH为5.6得到溶胶，将溶胶滴至70℃的羟基硅油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于40℃的去离子水中洗涤3h，然后将球形湿凝胶在30℃的丙二醇中老化1天。然后配置交联改性液，30℃下将三异氰酸酯和乙腈按2：1体积比混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将球形湿凝胶取出，然后用乙腈12h内洗涤2次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于45℃条件下进行改性3天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过丙二醇溶剂置换和真空干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为2mm，堆积密度为0.25g/cm3，表观密度0.20g/cm3，比表面积150m2/g，25℃室温热导率0.030W/(m·K)，具有60％的可逆压缩形变。
实例3
在35℃下将模数为3.3、质量分数为40％的水玻璃和去离子水按1：5.8的体积比混合均匀，搅拌5分钟后加入催化剂盐酸调节pH为6得到溶胶，将溶胶滴至80℃的菜籽油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于60℃的去离子水中洗涤6h，然后将球形湿凝胶取出置于45℃的氨基改性液(摩尔比：3-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水：乙醇＝1：4：20)中进行氨基改性2天。然后配置交联改性液，35℃下将甲苯二异氰酸酯和乙腈按4：1体积比混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将氨基改性的球形湿凝胶取出，然后用乙腈12h内洗涤4次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于80℃条件下进行改性4天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过乙醇溶剂置换和超临界干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为4mm，堆积密度为0.35g/cm3，表观密度0.30g/cm3，比表面积30m2/g，25℃室温热导率0.025W/(m·K)，具有80％的可逆压缩形变。
实例4
在20℃下将模数为3.2、质量分数为35％的水玻璃和去离子水按1：5.5的体积比混合均匀，搅拌1分钟后加入催化剂硫酸调节pH为9得到溶胶，将溶胶滴至60℃的二甲基硅油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于50℃的去离子水中洗涤3h，然后将球形湿凝胶置于50℃的甲醇中老化2天。然后配置交联改性液，25℃下将六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和乙腈按1：1：1混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将球形湿凝胶取出，然后用用乙腈12h内洗涤2次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于25℃条件下进行改性2天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过正己烷溶剂置换和常压干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为5mm，堆积密度为0.40g/cm3，表观密度0.30g/cm3，比表面积350m2/g，25℃室温热导率0.023W/(m·K)，具有70％的可逆压缩形变。
实例5
在20℃下将模数为3.3、质量分数为40％的水玻璃和去离子水按1：5.3的体积比混合均匀，搅拌3分钟后加入催化剂醋酸调节pH为9.5得到溶胶，将溶胶滴至70℃的菜籽油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于60℃的去离子水中洗涤5h，然后将球形湿凝胶取出置于70℃的上述氨基改性液(摩尔比：3-氨丙基三甲氧基硅烷：去离子水：乙醇＝1：5：24)中进行氨基改性3天。然后配置交联改性液，25℃下将三异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和乙腈按1：1：1：1体积比混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将球形湿凝胶取出，然后用乙腈12h内洗涤3次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于35℃条件下进行改性3天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过乙醇溶剂置换和真空干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为3mm，堆积密度为0.25g/cm3，表观密度0.16g/cm3，比表面积90m2/g，25℃室温热导率0.021W/(m·K)，具有65％的可逆压缩形变。
实例6
在32℃下将模数为3.3、质量分数为35％的水玻璃和去离子水按1：5.6的体积比混合均匀，搅拌5分钟后加入催化剂盐酸调节pH为10得到溶胶，将溶胶滴至80℃的羟基硅油容器中形成球形湿凝胶。将球形湿凝胶取出置于50℃的去离子水中洗涤4h，然后将球形湿凝胶置于80℃的乙醇中老化3天。然后配置交联改性液，25℃下将六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和乙腈按1：1：1体积比混合，搅拌均匀后形成交联改性液。将球形湿凝胶取出，然后用乙腈12h内洗涤2次，将洗涤后球形氧化硅湿凝胶置于交联改性液中，于45℃条件下进行改性2天。交联改性的球形氧化硅湿凝胶经过甲醇溶剂置换和真空干燥后得到球形交联改性氧化硅气凝胶。球形交联改性氧化硅气凝胶材料的平均粒径为1mm，堆积密度为0.15g/cm3，表观密度0.10g/cm3，比表面积250m2/g，25℃室温热导率0.026W/(m·K)，具有55％的可逆压缩形变。
Claims (7)
1.一种聚合物交联改性的球形氧化硅气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将水玻璃、去离子水和酸催化剂混合制备得到球形氧化硅湿凝胶；
(2)将步骤(1)中得到的球形氧化硅湿凝胶置于20～60℃的去离子水中洗涤2～6h；
(3)配制交联改性液：25～35℃下将交联剂和乙腈按一定的比例混合，搅拌均匀后形成交联改性溶液，其中交联改性液的体积比为交联剂：乙腈＝(1～4)：1；
(4)将步骤(2)中球形湿凝胶进行氨基改性1～3天或者在30～80℃的有机溶剂中老化1～3天，取出后用乙腈洗涤，然后将洗涤后的球形氧化硅湿凝胶置于的步骤(3)所制备的交联改性液中，于25～80℃条件下进行改性1～4天；
(5)将步骤(4)中得到的交联改性的球形湿凝胶经过溶剂置换和干燥后得到球形交联改性的氧化硅气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中制备得到的球形交联改性的氧化硅气凝胶的外观为完整无裂纹球形产品，平均粒径为1～5mm，堆积密度为0.15～0.40g/cm3，表观密度0.10～0.30g/cm3，比表面积30～350m2/g；制备成块状样品具有40～80％的可逆压缩形变，25℃室温热导率0.018～0.030W/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的酸催化剂为草酸、醋酸、盐酸或硫酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的交联剂为六亚甲基二异氰酸酯、三异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中的有机溶剂为甲醇、乙醇或丙二醇中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中的溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇或正己烷中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的干燥方法为常压干燥、真空干燥或超临界干燥中的一种。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114408932A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-04-29 | 南京工业大学 | 一种连续液相聚合制备粒径可控的氧化硅基气凝胶球的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103043672A (zh) * | 2011-10-17 | 2013-04-17 | 清华大学 | 一种常压干燥制备聚合物改性SiO2气凝胶的方法 |
| CN103432985A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 南京工业大学 | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶及其在重金属离子吸附剂中的应用 |
| CN103754886A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-30 | 同济大学 | 一种超高强度、高比表面积复合二氧化硅气凝胶的制备方法 |
| CN106391004A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-15 | 江苏大学 | 一种常压制备块状二氧化硅气凝胶负载纳米银催化剂的方法及其应用 |
| CN107162007A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-09-15 | 青岛科技大学 | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶的制备方法 |
| CN108793172A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-13 | 四川科宁泰科技有限公司 | 一种二氧化硅气凝胶的制备方法 |
-
2020
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103043672A (zh) * | 2011-10-17 | 2013-04-17 | 清华大学 | 一种常压干燥制备聚合物改性SiO2气凝胶的方法 |
| CN103432985A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 南京工业大学 | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶及其在重金属离子吸附剂中的应用 |
| CN103754886A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-30 | 同济大学 | 一种超高强度、高比表面积复合二氧化硅气凝胶的制备方法 |
| CN106391004A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-15 | 江苏大学 | 一种常压制备块状二氧化硅气凝胶负载纳米银催化剂的方法及其应用 |
| CN107162007A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-09-15 | 青岛科技大学 | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶的制备方法 |
| CN108793172A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-13 | 四川科宁泰科技有限公司 | 一种二氧化硅气凝胶的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114408932A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-04-29 | 南京工业大学 | 一种连续液相聚合制备粒径可控的氧化硅基气凝胶球的方法 |
| CN114408932B (zh) * | 2022-02-18 | 2023-09-26 | 南京工业大学 | 一种连续液相聚合制备粒径可控的氧化硅基气凝胶球的方法 |
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