CN116393052A - 气凝胶产品及其制备方法和制备系统 - Google Patents
气凝胶产品及其制备方法和制备系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116393052A CN116393052A CN202310333699.2A CN202310333699A CN116393052A CN 116393052 A CN116393052 A CN 116393052A CN 202310333699 A CN202310333699 A CN 202310333699A CN 116393052 A CN116393052 A CN 116393052A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ethanol
- aerogel
- carbon dioxide
- solution
- supply device
- 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
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 49
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 265
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 111
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 62
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 49
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 156
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 80
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 80
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 43
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 36
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 15
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 claims description 13
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 25
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 11
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229920006277 melamine fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000002210 supercritical carbon dioxide drying Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本申请涉及一种气凝胶产品及其制备方法和制备系统。该制备方法包括如下步骤：将92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物按质量比(200～400)：(30～80)混合，依次加入酸性催化剂和碱性催化剂，制备胶液；对胶液进行水浴老化处理，制备湿凝胶；以及对湿凝胶进行干燥处理。上述制备方法能够降低气凝胶产品的原料成本，减少原料的浪费，并且制得的气凝胶产品能够满足国家标准。
Description
技术领域
本申请涉及气凝胶制备技术领域，特别是涉及一种气凝胶产品及其制备方法和制备系统。
背景技术
气凝胶是指用气体取代凝胶中的液体而形成的一种纳米级多孔固态材料，因具有超轻的重量、优异的隔热和绝缘性能，被应用于工业保温等领域。气凝胶产品通常包括气凝胶颗粒、气凝胶毡和气凝胶板，三类不同形式的产品可满足不同的应用需求。气凝胶颗粒是直接由气凝胶制成的颗粒状的产品，而气凝胶毡则是由气凝胶与增强纤维基材复合得到的片材形式的产品。增强纤维提高了气凝胶毡的柔韧性和机械强度，弥补了气凝胶本身机械强度较差的缺陷。但无论是气凝胶颗粒还是气凝胶毡的原料成本都比较高，因此气凝胶产品的实际应用受到了限制。
传统气凝胶产品的制备工艺通常先通过溶胶凝胶法制备湿凝胶，然后对湿凝胶进行溶剂置换和干燥等，进而得到气凝胶产品。上述制备工艺不仅生产周期长、能耗高，而且在制备过程中浪费了较多的原料。这样一来，进一步增加了气凝胶产品的生产成本，增大了市场推广的难度。
发明内容
基于此，本申请提供了一种气凝胶产品及其制备方法。上述制备方法能够降低气凝胶产品的成本，并且制得的气凝胶产品能够满足国家标准。此外，本申请还提供了一种用于制备上述气凝胶产品的制备系统，能够缩短生产时间，进一步降低气凝胶产品的生产成本。
本申请第一方面，提供一种气凝胶产品的制备方法，包括如下步骤：
将92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物按质量比(200～400)：(30～80)混合，依次加入酸性催化剂和碱性催化剂，制备胶液；
对胶液进行水浴老化处理，制备湿凝胶；以及
对湿凝胶进行干燥处理。
采用低成本的四乙氧基硅烷水解物和92vol％～97vol％的乙醇水溶液作为原料，并调控两者的配比，利用上述乙醇水溶液中的水参与四乙氧基硅烷水解物的水解反应，因此不需要额外添加大量的水，便可使四乙氧基硅烷水解物充分水解，并使制得的胶液几乎不含水。进一步地，通过水浴老化处理构建出稳定的凝胶化环境，促进胶液的凝胶化，保证凝胶化的效果。且由于制得的湿凝胶几乎不含水，故而无需进行溶剂置换步骤，便可直接进行干燥处理。如此，不仅能够降低原料成本，而且能够简化生产工艺，缩短生产时间，还避免了低成本原料对产品性能造成的不利影响，使制得的产品能够达到国家标准。
在其中一些实施例中，酸性催化剂包括氢氟酸、盐酸、硝酸、草酸、醋酸和硫酸中的至少一种；
和/或，碱性催化剂包括氨水、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。
在其中一些实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂之间的质量比为(200～400):(30～80):(0.5～1.5):(0.5～1.5)。
在其中一些实施例中，制备胶液的步骤还包括：在加入碱性催化剂之后，加入气凝胶粉末。
在其中一些实施例中，气凝胶粉末的加入量不超过92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂质量之和的10％；
和/或，气凝胶粉末的平均粒度为50目～300目。
在其中一些实施例中，制备胶液的步骤还包括：在加入酸性催化剂之后且在加入碱性催化剂之前，根据四乙氧基硅烷水解物的组成，加入少量水；加入的水和92vol％～97vol％的乙醇水溶液中的水的质量之和与四乙氧基硅烷水解物的质量的比为1:(100～150)。
在其中一些实施例中，制备方法还包括：水浴老化处理之前，通过对辊装置将胶液引入到基材上，制备含有胶液的胶毡；之后对胶毡进行水浴老化处理；
或，对干燥处理后的湿凝胶进行粉碎处理。
在其中一些实施例中，水浴老化处理的温度为50℃～75℃，时间为12h～24h。
在其中一些实施例中，干燥处理采用超临界干燥工艺进行，干燥处理包括如下步骤：
通入乙醇蒸汽，升温至200℃～250℃，升压至11MPa～13MPa，保持1h～5h；
泄压至7.4MPa～7.5MPa，通入二氧化碳，保持1h～5h，随后得到疏水的气凝胶。
在其中一些实施例中，制备方法还包括：对干燥处理使用的乙醇蒸汽和/或二氧化碳进行回收。
本申请第二方面，提供一种气凝胶产品的制备系统，包括：
配胶系统，制备胶液；
老化系统，包括反应装置以及与反应装置连接的加热装置；
干燥系统，包括萃取装置，以及与萃取装置连接的乙醇供应装置和二氧化碳供应装置，乙醇供应装置用于向萃取装置提供乙醇蒸汽，二氧化碳供应装置用于向萃取装置提供二氧化碳。
通过干燥系统对湿凝胶进行乙醇和二氧化碳相结合的两步超临界干燥，能够缩短干燥时间，提升干燥效率，降低生产制造成本。
在其中一些实施例中，制备系统还包括：
胶毡制备系统，包括传输装置以及对辊装置，传输装置用于带动基材运动，对辊装置用于将胶液引入到基材上。
在其中一些实施例中，对辊装置包括相对设置的橡胶辊和不锈钢辊，橡胶辊和不锈钢辊之间存在间隙，胶液能够经间隙流到基材上。
在其中一些实施例中，加热装置为空气能热泵，空气能热泵用于向反应装置输送热媒以构建水浴老环境；
和/或，乙醇供应装置包括MVR蒸发器。
在其中一些实施例中，干燥系统还包括冷凝装置、分离装置、乙醇存储装置和二氧化碳存储装置，冷凝装置用于对萃取装置排出的混合蒸汽进行冷凝，分离装置用于对冷凝装置排出的气液混合物进行分离，乙醇存储装置和二氧化碳存储装置分别用于收集分离装置排出的液态乙醇和二氧化碳。
在其中一些实施例中，干燥系统还包括第一流体管路和第二流体管路，第一流体管路的两端分别与乙醇存储装置和乙醇供应装置连通，用于将乙醇存储装置内的液态乙醇输送回乙醇供应装置；第二流体管路的两端分别与乙醇供应装置和萃取装置连通，用于将乙醇供应装置产生的乙醇蒸汽输送回萃取装置；
和/或，干燥系统还包括第三流体管路和第四流体管路，第三流体管路的两端分别与二氧化碳存储装置和二氧化碳供应装置连通，用于将二氧化碳存储装置内的二氧化碳输送回二氧化碳供应装置；第四流体管路的两端分别与二氧化碳供应装置和萃取装置连通，用于将二氧化碳供应装置内的二氧化碳输送回萃取装置。
本申请的第三方面，提供一种根据第一方面的制备方法制得气凝胶产品。
附图说明
图1为本申请一实施例气凝胶产品的制备方法的流程示意图；
图2为本申请另一实施例中老化系统的结构示意图；
图3为本申请又一实施例中干燥系统的结构示意图；
图4为本申请再一实施例中胶毡制备系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-老化系统，11-反应装置，12-加热装置，13-储液罐；
2-干燥系统，21-萃取装置，22-乙醇供应装置，221-乙醇压缩泵，222-MVR蒸发器，23-二氧化碳供应装置，24-惰性气体供应装置，25-冷凝装置，26-分离装置，27-乙醇存储装置，28-二氧化碳存储装置，291-第一流体管路，292-第二流体管路，293-第三流体管路，294-第四流体管路；
3-胶毡制备系统，31-传输装置，311-放卷辊，312-收卷辊，32-对辊装置，321-橡胶辊，322-不锈钢辊，33-出胶管道，34-储胶罐；
4-基材；
5-胶毡。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中间”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本申请中，，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
此外，在使用本文中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，意图在于覆盖不排他的包含，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
气凝胶产品包括气凝胶颗粒、气凝胶毡和气凝胶板三大类，可满足不同应用场景的需求，目前气凝胶产品已被应用在工业保温、冶金和航天等领域。通常采用溶胶凝胶法结合超临界干燥的方法来制备气凝胶，具体过程主要包括溶胶制备、凝胶的形成和老化以及凝胶干燥等步骤。对气凝胶进行破碎筛分等处理可得到气凝胶颗粒，而气凝胶毡的制备则需要先将胶液与纤维基材结合，再进行老化和干燥等处理。但无论是气凝胶颗粒还是气凝胶毡都需要使用高纯度的乙醇(通常纯度高于99％)和硅源，这导致气凝胶产品的原料成本较高。此外，为了保持气凝胶的三维多孔结构，在干燥过程中需要缓慢地将湿凝胶中的液体排出，因此干燥处理通常需要耗费较长时间。这样一来，整个制备生产过程周期长、能耗较高且设备投资较大，进一步增加了气凝胶产品的生产成本。
相关研究表明若采用低纯度的乙醇或者低成本的硅源，虽然能降低原料成本，但制得的产品性能无法满足国标的要求，因此传统技术大多仍采用高成本的原料。本申请研究发现低成本的原料会影响溶胶的凝胶化过程，进而影响产品的性能，因此本申请通过改进老化条件，构建出相对稳定凝胶化环境来弥补低成本原料的不足，使制得的产品能够达到国标的要求。
请参阅图1，本申请的一实施方式提供了一种气凝胶产品的制备方法，包括如下步骤：
S100：将92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物按质量比(200～400)：(30～80)混合，依次加入酸性催化剂和碱性催化剂，制备胶液。
S200：对胶液进行水浴老化处理，制备湿凝胶。
S300：对湿凝胶进行干燥处理。
传统技术以四乙氧基硅烷等硅源、纯乙醇、水、酸性催化剂和碱性催化剂为原料来制备气凝胶。硅源在酸性催化剂的作用下发生水解形成硅溶胶，硅溶胶在碱性催化剂的作用下发生缩聚反应，随后通过老化处理使硅溶胶充分凝胶化得到湿凝胶。接着用乙醇等有机溶剂将湿凝胶中的水置换出来，并通过超临界干燥将乙醇等有机溶剂从湿凝胶中除去，即可得到气凝胶。根据产品的实际尺寸以及原料中水的含量，有机溶剂的置换过程需要24小时或更长时间。
与传统技术不同的是，本申请采用92vol％～97vol％的乙醇水溶液作为溶剂，采用四乙氧基硅烷水解物作为硅源，利用乙醇水溶液中的水来促进四乙氧基硅烷水解物的水解。
在一个具体的实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液可以为92vol％的乙醇水溶液、93vol％的乙醇水溶液、94vol％的乙醇水溶液、95vol％的乙醇水溶液、96vol％的乙醇水溶液或97vol％的乙醇水溶液。可理解地，92vol％～97vol％的乙醇水溶液还可以在92vol％～97vol％的乙醇水溶液中做其他合适的选择。需要说明的是92vol％～97vol％的乙醇水溶液可直接购买，且相较于高纯度的乙醇，92vol％～97vol％的乙醇水溶液成本更低。
可理解地，四乙氧基硅烷水解物是包括多种硅含量不同的化合物的混合物，组成较复杂，但价格较低。相较于四乙氧基硅烷，由于四乙氧基硅烷水解物自身的水解程度更高，因此水解反应需要的水更少，这样一来乙醇水溶液中含有的水便可使四乙氧基硅烷水解物发生进一步的水解反应，形成二氧化硅溶胶。需要说明的是，四乙氧基硅烷水解物可直接从市场上购得。
在一个具体的实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物的质量比可以为200:30、200:40、200:50、200:60、200:70、200:80、300:30、300:40、300:50、300:60、300:70、300:80、400:30、400:40、400:50、400:60、400:70或400:80。可理解地，92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物的质量比还可以在(200～400):(30～80)的范围内做其他合适的选择。
当92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物的质量比满足(200～400)：(30～80)的关系时，不仅能够使四乙氧基硅烷水解物充分水解，而且得到的胶液中几乎不含有水。可理解地，乙醇水溶液中的水在水解反应中被消耗，故而制得的胶液几乎不含水。这样一来制得的湿凝胶中几乎不含水，故而可直接进行干燥处理。本申请的制备方法不涉及湿凝胶的溶剂置换，因此能够简化生产工艺，缩短生产时间。
在一个具体的实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物的质量比为(200～250):(30～40)。
在一个具体的实施例中，首先将92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物和酸性催化剂混合，使四乙氧基硅烷水解物充分水解形成二氧化硅溶胶，再加入碱性催化剂促进体系发生缩聚反应。更具体地，将92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物和酸性催化剂混合，于-5℃～30℃下，反应15min～30min。随后加入碱性催化剂，于5℃～30℃下，反应5min～15min。
在步骤S200中，胶液在水浴环境中进行老化，胶液受热更加均匀，有利于胶液的凝胶化。传统技术大多通过电加热器对老化装置进行加热，老化装置内不同区域的温度存在差异，因此胶液受热不均匀，凝胶化效果较差。而本申请以水为加热介质构建出稳定的老化环境，通过水将热量传递给胶液，使胶液的受热更均匀，且体系的温度不容易受到外界温度变化的影响，进而使凝胶化效果更好。这样一来缓解了低成本原料带来的凝胶化效果较差的问题，保证了产品的性能。此外，水浴老化处理还能够降低生产能耗，提升安全性。
采用低成本的四乙氧基硅烷水解物和92vol％～97vol％的乙醇水溶液作为原料，并调控两者的配比，利用上述乙醇水溶液中的水参与四乙氧基硅烷水解物的水解反应，因此不需要额外添加大量的水，便可使四乙氧基硅烷水解物充分水解，并使制得的胶液几乎不含水。进一步地，通过水浴老化处理构建出稳定的凝胶化环境，促进胶液的凝胶化，保证凝胶化的效果。且由于制得的湿凝胶几乎不含水，故而无需进行溶剂置换步骤，便可直接进行干燥处理。如此，不仅能够降低原料成本，而且能够简化生产工艺，缩短生产时间，还避免了低成本原料对产品性能造成的不利影响，使制得的产品能够达到国家标准。
在一个具体的实施例中，酸性催化剂包括氢氟酸、盐酸、硝酸、草酸、醋酸和硫酸中的至少一种。
在一个具体的实施例中，碱性催化剂包括氨水、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。
在一个具体的实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂之间的质量比为(200～400):(30～80):(0.5～1.5):(0.5～1.5)，具体的质量比可以为200:30:0.5:0.5、200:40:0.5:1.5、200:50:1.5:0.5、200:60:1.5:1.5、200:70:0.5:1、200:80:1:1.5、300:30:0.5:0.5、300:40:0.5:1.5、300:50:1.5:0.5、300:60:1.5:1.5、300:70:0.5:1、300:80:1:1.5、400:30:0.5:0.5、400:40:0.5:1.5、400:50:1.5:0.5、400:60:1.5:1.5、400:70:0.5:1或400:80:1:1.5。可理解地，92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂之间的质量比还可以在(200～400):(30～80):(0.5～1.5):(0.5～1.5)的范围内做其他合适的选择。酸性催化剂的加入量能够保证水解反应的充分进行，碱性催化剂的加入量能够保证缩聚反应的充分进行，进而保证胶液的质量。
在其中一些实施例中，92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂之间的质量比为(200～250):(30～40):(0.5～1):(0.5～1)。
在其中一些实施例中，制备胶液的步骤还包括：在加入碱性催化剂之后，加入气凝胶粉末。
气凝胶粉末的加入可促进胶液中溶胶低聚体的老化交联，进一步提升凝胶化的效果。可理解地，加入碱性催化剂之后，胶液中四乙氧基硅烷水解物发生初步的凝胶化反应，并形成溶胶低聚体。而气凝胶粉末的交联程度比溶胶低聚体更高，因此可作为溶胶低聚体老化交联反应的“种子”，进而缩短胶液老化的时间，提升胶液凝胶老化的效果，弥补低成本原料的不足。此外，由于气凝胶粉末是在碱性催化剂之后加入的，故而对四乙氧基硅烷水解物的水解和缩聚反应的影响较小，保证了胶液的品质。
在其中一些实施例中，气凝胶粉末由回收的气凝胶制得。回收的气凝胶主要从收尘器中获得，也可从湿凝胶制备或胶毡制备工序中获得，还可以从其他工序或者生产设备中获得，本申请对此不作限定。加入回收得到的气凝胶粉末可进一步降低气凝胶的生产成本。
在一个具体的实施例中，气凝胶粉末的加入量不超过92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂质量之和的10％，具体可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。可理解地，气凝胶粉末的加入量还可以在不超过92vol％～97vol％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、酸性催化剂和碱性催化剂质量之和的10％的范围内做其他合适的选择。气凝胶粉末的加入量超过10％时，会影响胶液的均匀性和流动性，进而影响气凝胶产品的性能。
在一个具体的实施例中，气凝胶粉末的平均粒度为50目～300目，具体可以为50目、100目、150目、200目、250目或300目。可理解地，气凝胶粉末的平均粒度还可以在50目～300目的范围内做其他合适的选择。气凝胶粉末可通过研磨、绞碎等粉碎方式达到预设的平均粒度。当气凝胶粉末的平均粒度大于300目时，容易发生粉末的团聚，不利于粉末的分散，影响胶液的均匀性。当凝胶粉末的平均粒度小于50目时，虽然能够提高其分散性，但需要经过长时间的粉碎才能得到50目以下，这样一来增加了制造成本。
在一个具体的实施例中，气凝胶粉末加入之后搅拌5min～30min，制备胶液。搅拌时间可以为5min、10min、15min、20min、25min或30min。可理解地，搅拌时间还可以在5min～30min的范围内做其他合适的选择。
在其中一些实施例中，制备胶液的步骤还包括：在加入酸性催化剂之后且在加入碱性催化剂之前，根据四乙氧基硅烷水解物的组成，加入少量水；加入的水和92vol％～97vol％的乙醇水溶液中的水的质量之和与四乙氧基硅烷水解物的质量的比为1:(100～150)。可以理解地，不同的四乙氧基硅烷水解物自身的水解程度不同，因此其具体组成存在一定差异，本领域技术人员可根据四乙氧基硅烷水解物的具体组成选择性地在体系中外加少量水，使得四乙氧基硅烷水解物充分水解。并且加入的水大部分被水解反应消耗掉，因此制得的胶液中几乎不含水，水浴老化处理后可直接进行干燥处理，缩短了生产时间。
在一个具体的实施例中，制备方法还包括：水浴老化处理之前，通过对辊装置将胶液引入到基材上，制备含有胶液的胶毡。之后再对胶毡进行水浴老化处理。
可理解地，当制备的气凝胶产品为含有增强基材的气凝胶毡时，首先将胶液与基材复合制成胶毡，再进行相应的老化和干燥等处理。进一步地，在制备胶毡时，通过对辊装置将胶液引入至基材上，不仅实现了对下胶量的精准控制，而且可减少胶液的浪费。传统技术采用喷胶或注胶装置将胶液喷到或注到基材上，上述方式不仅会导致胶液飞溅，造成原料的浪费，而且在胶毡的不同区域，胶量存在差异，影响气凝胶毡的均匀性。而另一种传统的方式是将基材置于含有胶液的容器中浸泡，使胶液进入基材中，这种方式对胶液的利用率也比较低。因此，相较于传统技术，本申请制备湿凝胶毡的工艺，能够减少胶液的浪费，提高胶液的利用率，进而降低气凝胶毡的生产成本。
在一个具体的实施例中，基材包括但不限于玻璃纤维毡、聚丙烯预氧化毡、陶瓷纤维毡，高硅氧纤维毡、硅酸铝纤维毡、三聚氰胺纤维毡和聚酯纤维合氮化硅纤维。需要说明的是，在制备气凝胶毡时，还可以向胶液中加入基材粉末来进一步降低生产成本。上述基材粉末由生产工序中回收的基材制得。回收的基材可通过绞碎等粉碎方式得到50目～300目的基材粉末。
在一个具体的实施例中，制备方法还包括：对干燥处理后的湿凝胶进行粉碎处理。可理解地，当制备的气凝胶产品为气凝胶颗粒时，在干燥处理之后需要将固态的胶块或胶片进行粉碎处理，得到具有预设尺寸的气凝胶颗粒。本领域技术人员可根据实际需求选择具体的粉碎参数。
在一个具体的实施例中，水浴老化处理的温度为50℃～75℃，时间为12h～24h，具体的温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃或75℃，时间可以为12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h。由于采用低成本和低纯度的原料，影响了胶液的凝胶化进程，因此通过延长老化处理的时间使胶液充分凝胶化。同时为了避免老化时间过长，造成生产周期过长和能耗过大，通过水浴构建出稳定的恒温老化环境，来促进胶液的凝胶化并保证凝胶化的效果。
在一个具体的实施例中，干燥处理采用超临界干燥工艺进行，具体包括如下步骤：
通入乙醇蒸汽，升温至200℃～250℃，升压至11MPa～13MPa，保持1h～5h；
泄压至7.4MPa～7.5MPa，通入二氧化碳，保持1h～5h，随后得到疏水的气凝胶。
超临界干燥是利用超临界状态的二氧化碳或乙醇提取湿凝胶中的液体，随后将上述超临界流体逐渐排出，得到充满气体且具有三维孔道结构的气凝胶。本申请采用乙醇和二氧化碳结合的超临界干燥工艺，与仅采乙醇或二氧化碳的传统干燥工艺相比，能够缩短干燥时间，提高干燥效率，并且能够保证气凝胶产品的成型效果。可理解地，首先通入乙醇蒸汽，升温升压使体系达到乙醇的超临界温度和超临界压力。接着在200℃～250℃的温度和11MPa～13MPa的压力下保持1h～5h，使湿凝胶大部分的内部空间被超临界状态的乙醇填充。随后缓慢地排出超临界状态的乙醇，并降低体系的压力，当压力降低至至7.4MPa～7.5MPa时通入二氧化碳气体。由于此时体系的温度和压力均高于二氧化碳的超临界温度和压力，因此通入的二氧化碳能够达到超临界状态，湿凝胶中残留的液体能够被超临界二氧化碳提取出来，接着进一步降低温度和压力以完成干燥处理，即可得到疏水的气凝胶。需要说明的是，上述疏水的气凝胶为具有一定疏水性的气凝胶中间体，该气凝胶中间体经过相应的加工处理后可直接获得气凝胶颗粒产品或气凝胶毡产品，且在加工处理前无需再对干燥后的气凝胶进行疏水处理，因此可以简化生产工艺，缩短生产时间。传统的乙醇超临界干燥工艺需要在高温高压的环境中进行，前期的升温升压以及后期的降温降压过程都需要耗费较多的时间，影响生产效率。而传统的二氧化碳超临界干燥工艺则需要用液态的二氧化碳将湿凝胶中的液体置换出来之后，再进行干燥，工艺较复杂。本申请在高温高压段采用乙醇超临界干燥，在低温低压段采用二氧化碳超临界干燥，不仅缩短了降温降压时间，而且能够保证干燥效果。此外，相较于直接通入液态乙醇，本申请采用的乙醇蒸汽能够缩短升温升压的时间，进一步提高生产效率。
在一个具体的实施例中，制备方法还包括：对干燥处理使用的乙醇蒸汽和/或二氧化碳进行回收。通过回收和利用乙醇和/或二氧化碳进一步降低成本。
请参阅图2和图3，本申请的另一实施方式提供了一种气凝胶产品的制备系统，包括：
配胶系统，制备胶液。
老化系统1，包括反应装置11以及与反应装置连接的加热装置12。
干燥系统2，包括萃取装置21，以及与萃取装置21连接的乙醇供应装置22和二氧化碳供应装置23，乙醇供应装置22用于向萃取装置21提供乙醇蒸汽，二氧化碳供应装置23用于向萃取装置21提供二氧化碳。
将92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物按预设质量比置于配胶系统(图中未示出)中混合，随后依次加入酸性催化剂和碱性催化剂，接着向配胶系统中加入气凝胶粉末，搅拌得到胶液。将配置好的胶液置于老化系统1中，加热装置12对反应装置11进行加热以使反应装置11到预设的水浴老化温度，制备湿凝胶。示例性地，反应装置11可以为恒温静置箱。
随后将湿凝胶置于干燥系统2中除去其内部的液体。具体地，将湿凝胶置于萃取装置21中，并打开乙醇供应装置22向萃取装置21输送乙醇蒸汽。通过加热介质将萃取装置21加热至预设温度，使萃取装置21内的压力到达11MPa～13MPa，保持1h～5h后，缓慢释放出乙醇蒸汽以降低压力。当萃取装置21的压力降低至低于7.5MPa且高于或等于7.4MPa时，打开二氧化碳供应装置23向萃取装置21输送二氧化碳，并使萃取装置21内温度和压力高于二氧化碳的超临界温度和压力。保持一段时间后，释放萃取装置21内的蒸汽，并使温度和压力降低至室温和室压，完成干燥处理。
在一个具体的实施例中，萃取装置21的直径为400mm～800mm，采用较小尺寸的萃取装置21能够缩短升温升压和降温降压的时间，进一步提升干燥效率，并且无需额外引入其他设备。
通过老化系统1构建稳定的老化环境，使胶液充分凝胶化，保证的产品的性能。此外，通过采用乙醇蒸汽和二氧化碳进行超临界干燥，缩短干燥时间，提升干燥效率，降低生产制造成本。
请参阅图4，在一个具体的实施例中，制备系统还包括：
胶毡制备系统3，包括传输装置31以及对辊装置32，传输装置31用于带动基材4运动，对辊装置32用于将胶液引入到基材4上。
在制备气凝胶毡时首先需要通过胶毡制备系统3将胶液与基材4复合，再置于老化系统1和干燥系统2进行相应处理。进一步地，传输装置31包括放卷辊311和收卷辊312，基材4设置于放卷辊311和收卷辊312之间，放卷辊311和收卷辊312的转动带动基材4的运动。经收卷辊312可得到成卷的胶毡5。胶毡制备系统3还包括出胶管道33和储胶罐34，配置好的胶液存储于储胶罐34，并通过出胶管道33传输至对辊装置32处。胶液流出后经过对辊装置32后流到下方的基材4上。通过调控对辊装置32的辊轮间距、出胶管道33的出胶速率以及传输装置31的转速等参数可精准控制基材4单位面积上的胶量，并且可以减少胶液的浪费。需要说明的是，由于基材4表面存在间隙，因此胶液可流入到基材4的内部，从而浸润整个基材4。
在一个具体的实施例中，对辊装置32包括相对设置的橡胶辊321和不锈钢辊322，橡胶辊321和不锈钢辊322之间存在间隙，胶液能够经间隙流到基材4上。
通过调控橡胶辊321和不锈钢辊322之间间隙的大小，可以控制下胶量。此外，对辊装置32中两个不同材质的辊轮，能够更加容易地控制下胶量，故而降低了对工艺精度的要求。
在一个具体的实施例中，加热装置12为空气能热泵，空气能热泵向反应装置11输送热媒以构建水浴老环境。具体地，老化系统1还包括储液罐13，用于存储待加热的液体。储液罐13中的液体输送至空气能热泵处进行加热，并产生热媒。随后热媒传输至反应装置11处，将热量传输给反应装置11。更具体地，待加热的液体为水，水由储液罐13传输至空气能热泵处，并由空气能热泵加热至预热温度，随后传输至反应装置11处提供水浴老化环境。相较于传统的微波老化生产线，本申请通过采用空气能热泵降低了整个老化工艺的能耗。此外，通过水浴提供较为稳定的老化环境，有利于胶液的凝胶化，弥补了低成本原料的不足。
在一个具体的实施例中，乙醇供应装置22包括MVR蒸发器222。可理解地，乙醇供应装置22还包括乙醇压缩泵221，液态乙醇经乙醇压缩泵221压缩后传输至MVR蒸发器222处。通过MVR蒸发器222对乙醇进行蒸发，并将形成的乙醇蒸汽传输至萃取装置21中。MVR蒸发器(mechanical vapor recompression)是一种高效节能的蒸发设备，采用该设备蒸发乙醇不仅能够降低能耗，而且缩短了乙醇气化的时间。
请继续参阅图3，在一个具体的实施例中，干燥系统2还包括冷凝装置25、分离装置26、乙醇存储装置27和二氧化碳存储装置28，冷凝装置25用于对萃取装置21排出的混合蒸汽进行冷凝，分离装置26用于对冷凝装置25排出的气液混合物进行分离，乙醇存储装置27和二氧化碳存储装置28分别用于收集分离装置26排出的液态乙醇和二氧化碳。
萃取装置21在泄压时排出的乙醇蒸汽和二氧化碳气体输送至冷凝装置25处，控制冷凝装置25的温度使乙醇蒸汽转化为液态乙醇，二氧化碳则仍为气态。随后液态乙醇和二氧化碳的气液混合物输送至分离装置26中，液态乙醇由分离装置26的底部输送至乙醇存储装置27，二氧化碳输送至二氧化碳存储装置28。通过对干燥工艺使用的乙醇和二氧化碳进行回收利用，能够减少乙醇和二氧化碳的消耗量，降低生产成本。
在一个具体的实施例中，干燥系统2还包括第一流体管路291和第二流体管路292，第一流体管路291的两端分别与乙醇存储装置27和乙醇供应装置22连通，用于将乙醇存储装置27内的液态乙醇输送回乙醇供应装置22。第二流体管路292的两端分别与乙醇供应装置22和萃取装置21连通，用于将乙醇供应装置22产生的乙醇蒸汽输送回萃取装置21。
可理解地，乙醇存储装置27存储的乙醇包括回收的乙醇和预存的乙醇。干燥系统2实现了乙醇的循环利用，相较于传统工艺，能够减少乙醇的使用量，进而降低生产成本。
请继续参阅图3，在一个具体的实施例中，干燥系统2还包括第三流体管路293和第四流体管路294，第三流体管路293的两端分别与二氧化碳存储装置28和二氧化碳供应装置23连通，用于将二氧化碳存储装置28内的二氧化碳输送回二氧化碳供应装置23。第四流体管路294的两端分别与二氧化碳供应装置23和萃取装置21连通，用于将二氧化碳供应装置23内的二氧化碳输送回萃取装置21。
可理解地，二氧化碳存储装置28存储的二氧化碳液包括回收的二氧化碳和预存的二氧化碳。干燥系统2实现了二氧化碳的循环利用，相较于传统工艺，能够减少二氧化碳的使用量，进而降低生产成本。
在一个具体的实施例中，干燥系统2还包括惰性气体供应装置24，用于向萃取装置21供应惰性气体。示例性地，惰性气体充当保护气体，降低乙醇等可燃物带来的安全风险。可选地，惰性气体可以为氮气。进一步地，惰性气体可由分离装置26分离，随后压缩为高压气体再次进入萃取装置21中，从而实现惰性气体的循环利用。
最后，本申请一实施方式还提供了一种气凝胶产品。气凝胶产品包括气凝胶颗粒和气凝胶毡。气凝胶产品可以根据上述的制备方法制得。上述气凝胶产品可作为隔热材料、保温材料、隔音材料以及吸附材料等，广泛地用于各种领域中。
为了更易于理解及实现本申请，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的实施例及对比例作为参考。通过下述具体实施例和对比例的描述及性能结果，本申请的各实施例及其优点也将显而易见。
如无特殊说明，以下各试验例所用的原材料皆可从市场上常规购得。
实施例1
(1)按200:30:1:1的质量比称取97％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、氢氟酸和氨水，将97％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物，于常温下搅拌反应10min，随后加入氢氟酸，继续搅拌10min。接着加入氨水，继续搅拌反应10min后得到胶液。接着加入50目的气凝胶粉末，搅拌15min，其中气凝胶粉末的加入量为97％的乙醇水溶液、四乙氧基硅烷水解物、氢氟酸和氨水质量之和的3％，得到胶液。
(2)将胶液置于70℃的水浴中进行静置老化18h，得到湿凝胶。
(3)将上述湿凝胶置于萃取装置21中，并通入经MVR蒸发器222处理得到的乙醇蒸汽，将萃取装置21加热至300℃，并将压力升至13MPa，保持2h。随后缓慢释放除萃取装置21中的乙醇蒸汽进行泄压，当压力至7.5MPa时且温度降低至100℃时，通入二氧化碳。继续降低萃取装置21中的压力和温度至室温和室压，完成干燥处理。
(4)将干燥处理后的湿凝胶研磨至50～500目，得到气凝胶颗粒产品。
实施例2
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：在步骤(2)之前，通过湿凝胶制备系统3制备胶液与基材的复合材料。具体地，开启放卷辊311和收卷辊312带动基材4运动。胶液由储胶罐34流出，并通过出胶管道33输送至对辊装置32处。胶液经不锈钢辊321和橡胶辊322之间的间隙流至基材上。经收卷辊312收卷后，得到成卷的胶毡。步骤(3)中完成干燥后即可得到气凝胶毡。其中，基材为玻璃纤维毡。
实施例3
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：步骤(1)中加入气凝胶粉体的量为总的胶体质量的5％。
实施例4
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：步骤(1)中加入气凝胶粉体的量为总的胶体质量的8％。
实施例5
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：步骤(1)中加入气凝胶粉体的量为总的胶体质量的10％。
实施例6
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：步骤(1)中不加入气凝胶粉体。
对比例1
与实施例1采用基本相同的制备方法，区别在于：步骤(1)中加入气凝胶粉体的量为总的胶体质量的12％。
性能测试
利用DRPL型导热系数测试仪测定各个实施例和对比例的导热系数，对同一个样品进行多次测试，取测试结果中的最大值和最小值构成该样品的导热系数范围，具体结果如表1所示。
表1
请参阅表1，实施例1～6均具有较低的导热系数，能够满足国际标准，表明本申通过水浴老化处理构建出稳定的凝胶化环境，弥补了低成本原料的不足，即在降低成本的同时能够获得性能较好的产品。此外，由于原料中没有额外加水，且采用乙醇蒸汽和二氧化碳结合的干燥工艺，故而仅需4小时便可完成干燥，同时可直接得到疏水性的气凝胶，而无需额外进行疏水处理，减少了生产工序和成本。对比例1的气凝胶粉体加入量不在本申请的范围内，其导热系数较高，不满足国家标准。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。
Claims (17)
1.一种气凝胶产品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将92vol％～97vol％的乙醇水溶液和四乙氧基硅烷水解物按质量比(200～400)：(30～80)混合，依次加入酸性催化剂和碱性催化剂，制备胶液；
对所述胶液进行水浴老化处理，制备湿凝胶；以及
对所述湿凝胶进行干燥处理。
2.根据权利要求1所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂包括氢氟酸、盐酸、硝酸、草酸、醋酸和硫酸中的至少一种；
和/或，所述碱性催化剂包括氨水、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述92vol％～97vol％的乙醇水溶液、所述四乙氧基硅烷水解物、所述酸性催化剂和所述碱性催化剂之间的质量比为(200～400):(30～80):(0.5～1.5):(0.5～1.5)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述制备胶液的步骤还包括：在加入所述碱性催化剂之后，加入气凝胶粉末。
5.根据权利要求4所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述气凝胶粉末的加入量不超过所述92vol％～97vol％的乙醇水溶液、所述四乙氧基硅烷水解物、所述酸性催化剂和所述碱性催化剂质量之和的10％；
和/或，所述气凝胶粉末的平均粒度为50目～300目。
6.根据权利要求1～3任一项所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述制备胶液的步骤还包括：在加入所述酸性催化剂之后且在加入所述碱性催化剂之前，根据所述四乙氧基硅烷水解物的组成，加入少量水；加入的水和所述92vol％～97vol％的乙醇水溶液中的水的质量之和与所述四乙氧基硅烷水解物的质量的比为1:(100～150)。
7.根据权利要求1～3任一项所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：所述水浴老化处理之前，通过对辊装置将所述胶液引入到基材上，制备含有所述胶液的胶毡；之后对所述胶毡进行所述水浴老化处理；
或，对所述干燥处理后的所述湿凝胶进行粉碎处理。
8.根据权利要求1～3任一项所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述水浴老化处理的温度为50℃～75℃，时间为12h～24h。
9.根据权利要1～3任一项所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述干燥处理采用超临界干燥工艺进行，所述干燥处理包括如下步骤：
通入乙醇蒸汽，升温至200℃～250℃，升压至11MPa～13MPa，保持1h～5h；
泄压至7.4MPa～7.5MPa，通入二氧化碳，保持1h～5h，随后得到疏水的气凝胶。
10.根据权利要求9所述的气凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对干燥处理使用的乙醇蒸汽和/或二氧化碳进行回收。
11.一种气凝胶产品的制备系统，其特征在于，
配胶系统，制备胶液；
老化系统，包括反应装置以及与所述反应装置连接的加热装置；
干燥系统，包括萃取装置，以及与所述萃取装置连接的乙醇供应装置和二氧化碳供应装置，所述乙醇供应装置用于向所述萃取装置提供乙醇蒸汽，所述二氧化碳供应装置用于向所述萃取装置提供二氧化碳。
12.根据权利要求11所述的气凝胶产品的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括：
胶毡制备系统，包括传输装置以及对辊装置，所述传输装置用于带动基材运动，所述对辊装置用于将所述胶液引入到所述基材上。
13.根据权利要求12所述的气凝胶产品的制备系统，其特征在于，所述对辊装置包括相对设置的橡胶辊和不锈钢辊，所述橡胶辊和所述不锈钢辊之间存在间隙，所述胶液能够经所述间隙流到所述基材上。
14.根据权利要求11～13任一项所述的气凝胶产品的制备系统，其特征在于，所述加热装置为空气能热泵，所述空气能热泵用于向所述反应装置输送热媒以构建水浴老化环境；
和/或，所述乙醇供应装置包括MVR蒸发器。
15.根据权利要求11～13任一项所述的气凝胶产品的制备系统，其特征在于，所述干燥系统还包括冷凝装置、分离装置、乙醇存储装置和二氧化碳存储装置，所述冷凝装置用于对所述萃取装置排出的混合蒸汽进行冷凝，所述分离装置用于对所述冷凝装置排出的气液混合物进行分离，所述乙醇存储装置和所述二氧化碳存储装置分别用于收集所述分离装置排出的液态乙醇和二氧化碳。
16.根据权利要求15所述的气凝胶产品的制备系统，其特征在于，所述干燥系统还包括第一流体管路和第二流体管路，所述第一流体管路的两端分别与所述乙醇存储装置和所述乙醇供应装置连通，用于将所述乙醇存储装置内的所述液态乙醇输送回所述乙醇供应装置；所述第二流体管路的两端分别与所述乙醇供应装置和所述萃取装置连通，用于将所述乙醇供应装置产生的所述乙醇蒸汽输送回所述萃取装置；
和/或，所述干燥系统还包括第三流体管路和第四流体管路，所述第三流体管路的两端分别与所述二氧化碳存储装置和所述二氧化碳供应装置连通，用于将所述二氧化碳存储装置内的所述二氧化碳输送回所述二氧化碳供应装置；所述第四流体管路的两端分别与所述二氧化碳供应装置和所述萃取装置连通，用于将所述二氧化碳供应装置内的所述二氧化碳输送回所述萃取装置。
17.一种气凝胶产品，其特征在于，根据权利要求1～10任一项所述的制备方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333699.2A CN116393052B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 气凝胶产品及其制备方法和制备系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310333699.2A CN116393052B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 气凝胶产品及其制备方法和制备系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116393052A true CN116393052A (zh) | 2023-07-07 |
| CN116393052B CN116393052B (zh) | 2023-12-26 |
Family
ID=87013612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310333699.2A Active CN116393052B (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 气凝胶产品及其制备方法和制备系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116393052B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117537580A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-09 | 广东埃力生科技股份有限公司 | 超临界流体干燥装置及凝胶干燥方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050046086A1 (en) * | 2003-06-24 | 2005-03-03 | Lee Kang P. | Methods to produce gel sheets |
| CN102491326A (zh) * | 2011-11-30 | 2012-06-13 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 用于超临界流体干燥的装置和制备气凝胶材料的方法 |
| CN103171177A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-06-26 | 比亚迪股份有限公司 | 一种复合气凝胶及其制备方法 |
| CN104891510A (zh) * | 2015-05-28 | 2015-09-09 | 长安大学 | 一种采用常压干燥制备毫米级SiO2气凝胶球的方法 |
| CN205145937U (zh) * | 2015-10-12 | 2016-04-13 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种气凝胶超临界干燥无水乙醇循环利用装置 |
| CN107075128A (zh) * | 2014-05-15 | 2017-08-18 | 太浩科技有限公司 | 用于制造和包装高性能热绝缘气凝胶的装置和方法 |
| CN108499496A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-09-07 | 益科博能源科技（上海）有限公司 | 一种气凝胶生产方法 |
| CN207997474U (zh) * | 2018-02-07 | 2018-10-23 | 江苏固诺新材料科技有限公司 | 复合材料预浸料干法生产装置 |
| CN108955096A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-07 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种超临界二氧化碳干燥的方法 |
| CN109853292A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-06-07 | 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 | 一种陶瓷纤维纸复合型二氧化硅气凝胶隔热纸的制备方法 |
| CN110817888A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 鑫创新材料科技(徐州)有限公司 | 一种气凝胶的制备方法及其应用 |
| CN111501335A (zh) * | 2016-03-08 | 2020-08-07 | 株式会社Lg化学 | 气凝胶毡的制备方法和由其制备的气凝胶毡 |
| KR20210038232A (ko) * | 2019-09-30 | 2021-04-07 | 주식회사 엘지화학 | 에어로겔 블랭킷의 제조방법 |
| CN114477949A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-13 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种凝胶毡的制备方法、制备凝胶毡的设备及气凝胶毡 |
| 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 |
-
2023
- 2023-03-31 CN CN202310333699.2A patent/CN116393052B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050046086A1 (en) * | 2003-06-24 | 2005-03-03 | Lee Kang P. | Methods to produce gel sheets |
| CN102491326A (zh) * | 2011-11-30 | 2012-06-13 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 用于超临界流体干燥的装置和制备气凝胶材料的方法 |
| CN103171177A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-06-26 | 比亚迪股份有限公司 | 一种复合气凝胶及其制备方法 |
| CN107075128A (zh) * | 2014-05-15 | 2017-08-18 | 太浩科技有限公司 | 用于制造和包装高性能热绝缘气凝胶的装置和方法 |
| CN104891510A (zh) * | 2015-05-28 | 2015-09-09 | 长安大学 | 一种采用常压干燥制备毫米级SiO2气凝胶球的方法 |
| CN205145937U (zh) * | 2015-10-12 | 2016-04-13 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种气凝胶超临界干燥无水乙醇循环利用装置 |
| CN111501335A (zh) * | 2016-03-08 | 2020-08-07 | 株式会社Lg化学 | 气凝胶毡的制备方法和由其制备的气凝胶毡 |
| CN108499496A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-09-07 | 益科博能源科技（上海）有限公司 | 一种气凝胶生产方法 |
| CN207997474U (zh) * | 2018-02-07 | 2018-10-23 | 江苏固诺新材料科技有限公司 | 复合材料预浸料干法生产装置 |
| CN108955096A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-07 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种超临界二氧化碳干燥的方法 |
| CN109853292A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-06-07 | 贵州航天乌江机电设备有限责任公司 | 一种陶瓷纤维纸复合型二氧化硅气凝胶隔热纸的制备方法 |
| KR20210038232A (ko) * | 2019-09-30 | 2021-04-07 | 주식회사 엘지화학 | 에어로겔 블랭킷의 제조방법 |
| CN110817888A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-21 | 鑫创新材料科技(徐州)有限公司 | 一种气凝胶的制备方法及其应用 |
| CN114477949A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-13 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种凝胶毡的制备方法、制备凝胶毡的设备及气凝胶毡 |
| 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 郭思彤;吴会军;杨丽修;刘燕妮;杨建明;: "制备参数对SiO_2气凝胶结构与性能影响的研究进展", 材料导报, no. 07, pages 38 - 44 * |
| 陈一民, 谢凯, 洪晓斌, 肖加余: "常压干燥制备疏水SiO_2气凝胶", 国防科技大学学报, no. 02, pages 11 - 14 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117537580A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-09 | 广东埃力生科技股份有限公司 | 超临界流体干燥装置及凝胶干燥方法 |
| CN117537580B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-04-26 | 广东埃力生科技股份有限公司 | 超临界流体干燥装置及凝胶干燥方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116393052B (zh) | 2023-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116393052B (zh) | 气凝胶产品及其制备方法和制备系统 | |
| US8663739B2 (en) | Aerogel mat and manufacturing method thereof | |
| JPH09328308A (ja) | 活性炭及びその製造方法、並びにこれを用いたキャパシタ | |
| CN112980044B (zh) | 一种高性能大块芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用 | |
| JP2006512265A (ja) | 炭素を主成分とし、高い内部表面積を有するフォーム、及びその製造方法 | |
| US11697596B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing aerogel sheet | |
| US20230387509A1 (en) | Carbon Aerogel-Based Cathodes for Lithium-Air Batteries | |
| CN105502346B (zh) | 一种利用甲壳素气凝胶制备的碳气凝胶及其制备方法 | |
| CN110564005A (zh) | 一种负离子添加剂 | |
| EP2496634B1 (en) | Method for making polyamide particles | |
| US20220209234A1 (en) | Fibrous carbon aerogels coated with nano-thin silicon as lithium battery anodes | |
| CN110938271B (zh) | 具有纳米多孔结构的有机无机复合隔热保温材料及其制备方法 | |
| WO2020198095A1 (en) | Carbon aerogel-based cathodes for lithium-sulfur batteries | |
| JP2024506186A (ja) | フィブリル状炭素－シリコン複合材料及びその製造方法 | |
| TW202237718A (zh) | 用於製備醯胺酸凝膠、聚合物凝膠、聚醯亞凝膠及多孔探材料的水性製程 | |
| Zhang et al. | Carboxylated cellulose-based aerogel with cellular pores prepared by stir freezing for cationic dye adsorption | |
| CN111017973A (zh) | 一种利用超声气溶胶制备中空纳米碳酸钙的方法 | |
| CN113861500A (zh) | 一种导电硬质聚氨酯泡沫的制备方法 | |
| CN113077998B (zh) | 一种超级电容器用二氧化钌/石墨烯复合电极及其制备方法 | |
| JP2001035756A (ja) | キャパシタ用分極性電極の製造方法 | |
| JP2001307964A (ja) | キャパシタ用分極性電極の製造方法 | |
| JP2004186190A (ja) | 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 | |
| JP3605502B2 (ja) | エアロゲルの製造装置 | |
| CN115427352B (zh) | 气凝胶毡的制造方法 | |
| KR20080047020A (ko) | 액적낙하장치를 이용한 구형의 실리카 에어로겔 제조방법 |
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 |