CN115286001B - 一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品 - Google Patents

一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品，包括如下步骤：步骤一：将硅源溶解于非水溶剂中，并加入缩聚促进剂和干燥控制添加剂制得A溶液；步骤二：对步骤一的A溶液进行加热回流处理制得气溶胶B；步骤三：对步骤二的气溶胶B进行减压干燥回收溶剂和副产物处理，制得氧化硅气凝胶。本发明同时公开了采用促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶制品，该材料具备良好的疏水特性。本发明公开的具有制备氧化硅气凝胶的方法具有制备工艺简单、控制要求低，溶剂和副产物均可以回收再利用和变废为宝，发明方案的分子经济性好等突出特点，因此具有广阔的应用前景。

Description

一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及到一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品。
背景技术
二氧化硅（SiO2）气凝胶具有比表面积(高达1000m2/g)和孔隙率高（最高可达 99%以上）、密度和热导率低等一系列优异特性，是目前已知最轻的固体材料，被誉为新型超级保温隔热材料，在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温、石油化工以及新能源汽车等领域。
然而，常规方法制备的二氧化硅气凝胶表面存在大量的-OH（羟基），环境的湿度极易造成高比表面的二氧化硅气凝胶吸附水分而导致其隔热性能下降、热导率升高。表面后处理法虽然可以制备出疏水二氧化硅气凝胶，常用的疏水改性剂有甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷和六甲基二硅胺烷等。表面后处理法是利用SiO2气凝胶表面羟基与带有疏水基团的疏水剂在一定条件下进行反应而达到疏水的目的。然而面向航空航天、石油化工领域对更高温度环境中仍保持良好疏水性能的使用要求，当前制备的疏水气凝胶制备工艺较为复杂，且疏水基团的耐温性有待提高，因此亟须制备能耐更高温度的疏水气凝胶隔热复合材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定、操作方便、成本低廉的促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法及其制品。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将硅源溶解于非水溶剂中，并加入缩聚促进剂和干燥控制添加剂制得A溶液；
步骤二：对步骤一的A溶液进行加热回流处理制得气溶胶B；
步骤三：对步骤二的气溶胶B进行减压干燥回收溶剂和副产物处理，制得氧化硅气凝胶。
所述步骤一中的硅源为硅的低碳酸酯、卤化物中的一种；溶剂为酯类、除甲醇和叔丁醇外的低碳醇、卤代烷类溶剂、醚类、苯类中的一种；缩聚促进剂为低碳有机碱或有机酸中的一种；干燥控制添加剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种。
上述溶剂的用量为确保硅源的浓度为0.01～1.2mol/L；缩聚促进剂的用量为硅源摩尔量的0.1～5%；干燥控制添加剂的用量为硅源质量的0.5～5%。
所述步骤二中加热回流处理的温度为50～120℃，时间为2～36h。
所述步骤三中减压干燥的压力为0.01～0.09MPa、温度为35～110℃。
所述方法制得的氧化硅气凝胶制品，其特征在于：所述氧化硅气凝胶制品表面存在疏水基团，润湿角大于150°。
本发明提出的一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法，不仅可以避免水系方法由于水的表面张力和缩聚造成的团聚，溶剂脱离回收再利用简单，与传统氧化硅气凝胶的制备方法对比，避免了表面羟基化严重容易受环境湿度影响，有效提高了气凝胶的质量，大大缩短了生产周期，降低了控制要求和制备门槛，具有工艺简单，合成温度低，控制要求低，制备周期短，绿色无污染等优良特点。本发明制备的气凝胶制品受环境湿度等对其质量的影响小，不易起球和粘接，呈现出优异的耐存储特性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
将10 mL正硅酸乙酯、0.1mL乙二醇铵和0.5mL邻苯二甲酸二乙酯加入到100mL乙酸乙酯中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。80℃回流12h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.05MPa、温度为50℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例2：
将10 mL四氯化硅、0.2mL乙酸和0.5mL邻苯二甲酸二乙酯加入到100mL乙醇中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。80℃回流36h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.09 MPa、温度为65℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例3：
将10 mL正硅酸乙酯、0.05mL三乙醇胺和0.2mL邻苯二甲酸二丁酯加入到100mL乙醚中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。50℃回流2h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.09 MPa、温度为35℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例4：
将10 mL正硅酸丁酯、0.1mL乙二胺和0.4mL邻苯二甲酸二甲酯加入到100mL二甲苯中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。100℃回流12h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.01MPa、温度为45℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例5：
将10 mL四溴化硅、0.5mL甲酸和0.8mL邻苯二甲酸二甲酯加入到100mL异丙醇中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。80℃回流24h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.05 MPa、温度为55℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例6：
将10 mL正硅酸丙酯、0.2mL丙酸和0.3mL邻苯二甲酸二丙酯加入到100mL氯仿中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。60℃回流12h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.09MPa、温度为45℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例7：
将10 mL正硅酸丁酯、0.2mL乙二胺和0.2mL邻苯二甲酸二乙酯加入到100mL甲苯中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。110℃回流6h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.01MPa、温度为50℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
实施例8：
将10 mL正硅酸乙酯、0.1mL丁二胺和0.2mL邻苯二甲酸二乙酯加入到100mL氯苯中，搅拌制得无色透明的硅源溶液。120℃回流36h制得乳白色半透明气溶胶。经减压干燥的压力为0.09MPa、温度为110℃加热冷凝直至溶剂全部回收，制得氧化硅气凝胶。
表1 实施例1~8制备样品的润湿角
样品编号 润湿角
实施例1 171.3°
实施例2 153.4°
实施例3 165.6°
实施例4 152.5°
实施例5 170.6°
实施例6 168.2°
实施例7 170.6°
实施例8 165.2°

Claims (5)

1.一种促进缩聚非水沉淀法制备氧化硅气凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将硅源溶解于非水溶剂中，并加入缩聚促进剂和干燥控制添加剂制得A溶液；
步骤二：对步骤一的A溶液进行加热回流处理制得气溶胶B；
步骤三：对步骤二的气溶胶B进行减压干燥回收溶剂和副产物处理，制得氧化硅气凝胶；
所述步骤一中的硅源为硅的低碳酸酯时，非水溶剂为酯类、卤代烷类溶剂、醚类、苯类中的一种；硅源为硅的卤化物时，非水溶剂为除甲醇和叔丁醇外的低碳醇；所述缩聚促进剂为低碳有机碱或有机酸中的一种；
所述低碳酸酯为正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯；
所述低碳醇为乙醇、异丙醇；
所述低碳有机碱为乙二醇铵、乙二胺、三乙醇胺、丁二胺；
所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸；
所述步骤二中加热回流处理的温度为50～120℃，时间为2～36h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述干燥控制添加剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述溶剂的用量为确保硅源的浓度为0.01～1.2mol/L；缩聚促进剂的用量为硅源摩尔量的0.1～5%；干燥控制添加剂的用量为硅源质量的0.5～5%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤三中减压干燥的压力为0.01～0.09MPa、温度为35～110℃。
5.根据权利要求1所述方法制得的氧化硅气凝胶制品，其特征在于：所述氧化硅气凝胶制品表面存在疏水基团，润湿角大于150°。
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