CN116731322A - 一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116731322A CN116731322A CN202310712411.2A CN202310712411A CN116731322A CN 116731322 A CN116731322 A CN 116731322A CN 202310712411 A CN202310712411 A CN 202310712411A CN 116731322 A CN116731322 A CN 116731322A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerogel
- siloxane
- ammonium hydroxide
- solvent
- light
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 79
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000003586 protic polar solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC VDZOOKBUILJEDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- RJMRIDVWCWSWFR-UHFFFAOYSA-N methyl(tripropoxy)silane Chemical compound CCCO[Si](C)(OCCC)OCCC RJMRIDVWCWSWFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims description 3
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KUCGHDUQOVVQED-UHFFFAOYSA-N ethyl(tripropoxy)silane Chemical compound CCCO[Si](CC)(OCCC)OCCC KUCGHDUQOVVQED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- GNOIPBMMFNIUFM-UHFFFAOYSA-N hexamethylphosphoric triamide Chemical compound CN(C)P(=O)(N(C)C)N(C)C GNOIPBMMFNIUFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940073455 tetraethylammonium hydroxide Drugs 0.000 claims description 3
- LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M tetraethylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CC[N+](CC)(CC)CC LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- LPSKDVINWQNWFE-UHFFFAOYSA-M tetrapropylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CCC[N+](CCC)(CCC)CCC LPSKDVINWQNWFE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(ethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(OCC)OCC DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NBXZNTLFQLUFES-UHFFFAOYSA-N triethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OCC)(OCC)OCC NBXZNTLFQLUFES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)OC HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OQZAQBGJENJMHT-UHFFFAOYSA-N 1,3-dibromo-5-methoxybenzene Chemical compound COC1=CC(Br)=CC(Br)=C1 OQZAQBGJENJMHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 2
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960001231 choline Drugs 0.000 claims description 2
- WJLUBOLDZCQZEV-UHFFFAOYSA-M hexadecyl(trimethyl)azanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WJLUBOLDZCQZEV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical group 0.000 claims description 2
- ZYSDERHSJJEJDS-UHFFFAOYSA-M tetrakis-decylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCC)CCCCCCCCCC ZYSDERHSJJEJDS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- DCFYRBLFVWYBIJ-UHFFFAOYSA-M tetraoctylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CCCCCCCC[N+](CCCCCCCC)(CCCCCCCC)CCCCCCCC DCFYRBLFVWYBIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims 1
- GYZQBXUDWTVJDF-UHFFFAOYSA-N tributoxy(methyl)silane Chemical compound CCCCO[Si](C)(OCCCC)OCCCC GYZQBXUDWTVJDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 28
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SJRJJKPEHAURKC-UHFFFAOYSA-N N-Methylmorpholine Chemical compound CN1CCOCC1 SJRJJKPEHAURKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JGFZNNIVVJXRND-UHFFFAOYSA-N N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA) Chemical compound CCN(C(C)C)C(C)C JGFZNNIVVJXRND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RMKZLFMHXZAGTM-UHFFFAOYSA-N [dimethoxy(propyl)silyl]oxymethyl prop-2-enoate Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)OCOC(=O)C=C RMKZLFMHXZAGTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 125000002768 hydroxyalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920000734 polysilsesquioxane polymer Polymers 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 2
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILQCBWLWTBXJOL-UHFFFAOYSA-N 3-[[(3-hydroxy-2-methylpropyl)-dimethylsilyl]oxy-dimethylsilyl]-2-methylpropan-1-ol Chemical compound CC(CO)C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)CC(C)CO ILQCBWLWTBXJOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QOXOZONBQWIKDA-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypropyl Chemical group [CH2]CCO QOXOZONBQWIKDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWJKJLOCIDNNGJ-UHFFFAOYSA-N 4-[[4-hydroxybutyl(dimethyl)silyl]oxy-dimethylsilyl]butan-1-ol Chemical compound OCCCC[Si](C)(C)O[Si](C)(C)CCCCO OWJKJLOCIDNNGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- UPZIICVRDKRNFM-UHFFFAOYSA-N benzyl trimethyl silicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OCC1=CC=CC=C1 UPZIICVRDKRNFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- ATGKAFZFOALBOF-UHFFFAOYSA-N cyclohexyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1CCCCC1 ATGKAFZFOALBOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MEWFSXFFGFDHGV-UHFFFAOYSA-N cyclohexyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1CCCCC1 MEWFSXFFGFDHGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZMAPKOCENOWQRE-UHFFFAOYSA-N diethoxy(diethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(CC)OCC ZMAPKOCENOWQRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(dimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)OC JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JVUVKQDVTIIMOD-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(dipropyl)silane Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)CCC JVUVKQDVTIIMOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NHYFIJRXGOQNFS-UHFFFAOYSA-N dimethoxy-bis(2-methylpropyl)silane Chemical compound CC(C)C[Si](OC)(CC(C)C)OC NHYFIJRXGOQNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N dimethyldiethoxysilane Chemical compound CCO[Si](C)(C)OCC YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N n-Propyl acetate Natural products CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N octyltriethoxysilane Chemical compound CCCCCCCC[Si](OCC)(OCC)OCC MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960003493 octyltriethoxysilane Drugs 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N propionitrile Chemical compound CCC#N FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940090181 propyl acetate Drugs 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N tetrapropyl silicate Chemical compound CCCO[Si](OCCC)(OCCC)OCCC ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZVRVDPMGYFCGL-UHFFFAOYSA-N triacetyloxysilyl acetate Chemical compound CC(=O)O[Si](OC(C)=O)(OC(C)=O)OC(C)=O YZVRVDPMGYFCGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUMSTCDLAYQDNO-UHFFFAOYSA-N triethoxy(hexyl)silane Chemical compound CCCCCC[Si](OCC)(OCC)OCC WUMSTCDLAYQDNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNKLEDDZDABYMJ-UHFFFAOYSA-N triethyl 2-phenylethyl silicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCCC1=CC=CC=C1 WNKLEDDZDABYMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NMEPHPOFYLLFTK-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(octyl)silane Chemical group CCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC NMEPHPOFYLLFTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(phenyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/06—Preparatory processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/026—Aerogel, i.e. a supercritically dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
- C08J2383/04—Polysiloxanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
本申请提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用；依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，并使水解和缩聚在质子性溶剂和非质子性溶剂的混合溶剂与水的混合溶液中进行，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。通过控制硅氧烷的水解和缩聚程度，进一步控制气凝胶颗粒的生长速度和均匀性，有效降低本申请低密度气凝胶网络结构的孔隙大小，提高气凝胶透光率、疏水性、隔热性和弹性强度等性能。
Description
技术领域
本发明涉及气凝胶技术领域，C08G77/14，尤其涉及一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
气凝胶是一种具有密度低、孔隙率高、比表面积大特点的材料，在其制备过程中因保留了其三维网络的微孔结构，还具有绝热的特性而被用于保温隔热材料。但是根据目前方法所制备的气凝胶脆性大、疏水效果不佳，后期需要进行复杂的改性工艺；另外，其透明度不高的问题也严重限制了其应用范围。
中国专利CN 108623832A公开了一种聚倍半硅氧烷气凝胶及其制备方法，通过将聚倍半硅氧烷酸性水解后再碱性缩聚制备气凝胶，借助于硅氧烷中的有机官能团保证气凝胶的均一性，并避免干燥中发生结构塌陷。中国专利CN 110945064A公开了一种低密度凝胶体及其制造方法，其制备的低密度气凝胶具有较好的弯曲柔软性。但是以上专利所制备的气凝剂的透光率、热导率、疏水性和弹性强度等性能仍然不足。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法。
进一步地，所述制备方法为：依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。
本申请重点采用两步碱化进行硅氧烷的水解和缩聚反应，弱碱性环境给硅氧烷提供了预聚合和初步聚合反应基础，制备得到聚硅氧烷前体和其所形成的溶胶；强碱性环境进一步提高硅氧烷前体的缩聚速率和程度，使溶胶完全转变为湿凝胶；通过控制两步反应和反应的速率，进而控制对硅氧烷的水解和缩聚，形成更加细小的纳米粒子，得到更均匀的三维纳米多孔结构，最终使凝胶获得最优的透光率和最低的热导率。
进一步地，所述硅氧烷的官能度为2-4，选自二官能度硅氧烷、三官能度硅氧烷、四官能度硅氧烷中的至少一种。
进一步地，所述二官能度硅氧烷是指1个Si所键合了2个O原子的硅氧烷；二官能度硅氧烷包括但不限于二烷氧基硅烷、二乙酰氧基硅烷、二(羟基烷基)四烷基二硅氧烷中的至少一种。优选为二烷氧基硅烷。
进一步地，所述二烷氧基硅烷包括但不限于二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷中的至少一种。
进一步地，所述二(羟基烷基)四烷基二硅氧烷选自1,3-双(4-羟基丁基)四甲基二硅氧烷、1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-双(3-羟基异丁基)四甲基二硅氧烷中的至少一种。
进一步地，所述三官能度硅氧烷是指1个Si所键合了3个O原子的硅氧烷；所述三官能度硅氧烷包括但不限于三烷氧基硅烷、三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。优选为三烷氧基硅烷。
进一步地，所述三烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选地，所述三烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
进一步地，所述四官能度硅氧烷是指1个Si键合了4个O原子的硅氧烷；所述四官能度硅氧烷包括但不限于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、苯基四甲氧基硅烷、苯基四乙氧基硅烷、四乙酰氧基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的至少一种。
优选地，所述硅氧烷为三官能度硅氧烷，更优选为三烷氧基硅烷。由二或三官能度的硅氧烷制备而成的硅氧烷气凝胶骨架上存在许多均匀分布的烷基，当气凝胶受到挤压时，烷基的相互排斥有利于凝胶骨架的恢复；另外，硅源的含量逐渐增加时，气凝胶胶束的形状由交联的线型转化为球状，气凝胶的骨架多呈粗化的球形堆积结构，虽然此结构堆积密度更高，气凝胶形变和断裂的概率降低，热导率也降低，但是气凝胶的孔径也随之增大，对透光性产生不利影响；本申请的硅氧烷只有在采用三官能度的硅氧烷并规定其添加量在规定范围内时才能最优地兼具气凝胶的透光性和弹性。
进一步地，所述弱碱环境的pH为7.3-9.5，优选为7.5-9.0。
进一步地，所述弱碱环境中所用弱碱为无机弱碱和/或有机弱碱，所述无机弱碱选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化铝、碳酸铵、氨水中的至少一种；优选为氨水。
进一步地，所述有机弱碱包括但不限于尿素、吡啶、乙二胺、二异丙基乙基胺、三乙胺、N－甲基吗啉中的至少一种；优选为尿素和/或吡啶。
在一种实施方式中，所述弱碱环境中所用弱碱为无机弱碱；优选为氨水。
进一步地，所述强碱环境的pH为10-14；优选为10.5-13。
进一步地，所述强碱环境中所用强碱为无机强碱和/或有机强碱。
进一步地，所述无机强碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
进一步地，所述有机强碱为季铵盐及其衍生物，选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四己基氢氧化铵、四辛基氢氧化铵、四癸基氢氧化铵、双十烷基二甲基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵胆碱、四甲基氢氧化铵二乙二醇、四甲基氢氧化铵丙三醇中的至少一种。
优选地，所述强碱环境中所用强碱为有机强碱。强碱性环境可明显提升聚硅氧烷前体的凝胶化，本发明重点强调强碱选用有机强碱，因为有机强碱中长链烷基分子在体系中的加入能够增加聚硅氧烷前体分子间的距离，且若有机强碱含有极性基团时，此极性基团可与聚硅氧烷前体中硅羟基水解产生的氢键结合，以上均有效减缓硅羟基之间的脱水缩聚反应程度，控制聚硅氧烷粒子形成更为均匀的网络结构，降低对可见光的散射，提高透光率。
在一种优选的实施方式中，所述有机强碱选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵中的至少一种。
进一步地，所述硅氧烷在弱碱环境中的反应时间为1-10h，优选为2-6h；在强碱环境中的反应时间为5-40min，优选为5-20min。
进一步地，硅氧烷水解和缩聚在混合溶剂和水的混合溶液中进行；所述混合溶剂包括质子性溶剂和非质子性溶剂；混合溶剂中质子性溶剂和非质子性溶剂的摩尔比为1：(1-5)。
进一步地，所述质子性溶剂为硅氧烷水解所对应的醇；包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种。
进一步地，所述非质子性溶剂选自1，2二氯乙烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乙腈、丙腈、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、六甲基磷酰三胺中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述非质子性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种。
优选地，所述混合溶剂中质子性溶剂和非质子性溶剂的摩尔比为1：1。
进一步地，所述硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：(2-10)：(2-6)。
优选地，所述硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：(4-8)：(3-5)。
在一种优选的实施方式中，硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：6：4。
其次，本申请提供了由所述制备方法制备到的高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。
进一步地，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R选自甲基、乙基、丙基中的一种或几种的组合。
优选地，所述R选自甲基、乙基、丙基中的任意一种。
进一步地，所述气凝胶的可见光透过率＞92％，对水的接触角＞150°。
进一步地，所述气凝胶的密度为0.12～0.25g/cm3，热导率<0.018W/(m·K)。
进一步地，所述气凝胶的压缩强度＞1.0MPa，压缩应变在70％以内可回弹至初始尺寸。
最后，本申请还提供了所述气凝胶在建筑材料领域内的应用；具体地，用于透明隔热玻璃的制备过程中。
有益效果
1、本申请特别采用了弱碱和强碱两步反应，并进一步优化碱物质种类和用量，通过控制溶胶和凝胶过程中硅氧烷的水解和缩聚，使其形成粒径更小、粒径分布均匀的纳米粒子，并得到孔隙均匀的三维纳米多孔网络结构，使气凝胶获得更高的透光率和较低的热导率；
2、本申请特别采用了三官能度的硅氧烷进行水解和缩聚，使制备的气凝胶具有合适量的疏水烷基基团，在增加其疏水性能的同时还增加其弹性强度，进一步调节硅氧烷的用量以优化凝胶胶束的分布状态，提升气凝胶弹性强度并降低孔径；
3、本申请所制备的气凝胶因其合适的密度、低热导率、优异的疏水性、透光率和弹性强度，适用于建筑材料特别是透明隔热玻璃的制备中。
附图说明
图1：实施例1制备的气凝胶在200-900nm的透光率曲线图；
图2：实施例1制备的气凝胶在应变0-70％时对应的压缩强度曲线。
具体实施方式
实施例
实施例1
本实施例提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，具体为：
S1、预混：将硅氧烷、混合溶剂和水按照1：6：4的摩尔比混合；所述硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷，所述混合溶剂为甲醇和N,N-二甲基甲酰胺，摩尔比为1：1；
S2、提供弱碱环境：向S1中加入氨水调节pH值为7.5，搅拌反应6h；
S3、提供强碱环境：向S2中加入四甲基氢氧化铵调节pH值为10.5，搅拌反应20min；
S4、对S3得到的湿凝胶进行超临界干燥。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R为甲基。
实施例2
本实施例提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，具体为：
S1、预混：将硅氧烷、混合溶剂和水按照1：4：5的摩尔比混合；所述硅氧烷为甲基三乙氧基硅烷，所述混合溶剂为乙醇和N,N-二甲基乙酰胺，摩尔比为1：3；
S2、提供弱碱环境：向S1中加入氨水调节pH值为8.2，搅拌反应4h；
S3、提供强碱环境：向S2中加入四甲基氢氧化铵调节pH值为11，搅拌反应15min；
S4、对S3得到的湿凝胶进行超临界干燥。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R为乙基。
实施例3
本实施例提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，具体为：
S1、预混：将硅氧烷、混合溶剂和水按照1：8：3的摩尔比混合；所述硅氧烷为甲基三丙氧基硅烷，所述混合溶剂为丙醇和N-甲基吡咯烷酮，摩尔比为1：5；
S2、提供弱碱环境：向S1中加入氨水调节pH值为9.0，搅拌反应2h；
S3、提供强碱环境：向S2中加入四甲基氢氧化铵调节pH值为13，搅拌反应5min；
S4、对S3得到的湿凝胶进行超临界干燥。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R为丙基。
实施例4
与实施例1基本一致，区别在于：硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：2：6。
实施例5
与实施例1基本一致，区别在于：硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：10：2。
实施例6
制备方法与实施例1基本一致，区别在于：所述硅氧烷为丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R为丙烯酰氧基丙基。
实施例7
制备方法与实施例1基本一致，区别在于：所述硅氧烷为辛基三甲氧基硅烷。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R为辛基。
实施例8
与实施例1基本一致，区别在于：所述混合溶剂为甲醇和N,N-二甲基甲酰胺，摩尔比为1：7。
实施例9
与实施例1基本一致，区别在于：所述混合溶剂为甲醇和N,N-二甲基甲酰胺，摩尔比为2：1。
实施例10
与实施例1基本一致，区别在于：混合溶剂为丙醇和N,N-二甲基甲酰胺。
实施例11
与实施例1基本一致，区别在于：S2的弱碱环境中pH值为9.5。
实施例12
与实施例1基本一致，区别在于：S3的强碱环境中pH值为14。
实施例13
与实施例1基本一致，区别在于：将S3中的“四甲基氢氧化铵”替换为“四丁基氢氧化铵”。
实施例14
制备方法与实施例1基本一致，区别在于：所述硅氧烷为四甲氧基硅烷。
本实施例还提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶，所述气凝胶的结构组成单元为SiO2。
对比例1
与实施例1基本一致，区别在于：所述混合溶剂中不添加N,N-二甲基甲酰胺。
对比例2
与实施例1基本一致，区别在于：所述混合溶剂中不添加甲醇。
对比例3
与实施例1基本一致，区别在于：所述制备方法省略步骤S3，步骤S2的处理时间为实施例1中步骤S2和步骤S3处理时间的总和。
对比例4
与实施例1基本一致，区别在于：所述制备方法省略步骤S2，步骤S3的处理时间为实施例1中步骤S2和步骤S3处理时间的总和。
对比例5
与实施例1基本一致，区别在于：所述S3中使用氢氧化钠代替四甲基氢氧化铵。
性能测试结果：
对比例3所制备的产物不呈凝胶，其他实施例气凝胶的测试结果见表1。
表1
结果分析：
实施例1-3所制备的气凝胶其可见光透过率均大于90％，水接触角均大于150°，密度在0.12-0.25g/cm3，热导率＜0.018W/(m·k)，压缩强度均大于1.0MPa；说明本申请的气凝胶具有优异的透光率、疏水性、隔热性和弹性强度。
对比实施例1和实施例4-5可知：实施例4中混合溶剂量较少，硅氧烷用量较多；实施例5中混合溶剂量较多，硅氧烷用量较少，实施例4-5的气凝胶综合性能均低于实施例1，可能是因为：混合溶剂不仅为硅氧烷的水解和缩聚提供了溶剂环境，其中的质子性溶剂(甲醇)可控制硅氧烷的水解程度，非质子性溶剂(N,N-二甲基甲酰胺)与硅氧烷水解后产生的羟基形成氢键，抑制硅羟基的脱水缩聚，防止聚硅氧烷粒子过度生长，两者共同作用使硅氧烷单体聚合后呈更加均匀的网络结构，且有效降低所制备气凝胶对可见光的散射；当混合溶剂添加量过多过少时，对硅氧烷的水解合缩聚程度均存在影响，进而导致气凝胶透光率和弹性强度下降、热导率升高。
对比实施例1和实施例6-7、实施例14可知：不同的硅氧烷所制备的气凝胶性能之间存在差异，可能是因为实施例6中丙烯酰氧基丙基存在吸电子效应，增加了硅氧烷的水解反应程度，使聚硅氧烷颗粒尺寸更大，孔隙分布不均匀性也增加，进而导致气凝胶的透光率较低；实施例7中虽然辛基提高了气凝胶的疏水性，但是辛基分子链相对较长，对硅氧烷缩聚反应存在阻碍效果，影响硅氧烷缩聚反应的均匀进行，从而增加了气凝胶的粒子粒径分布和孔隙分布的不均匀度，导致透光率和弹性强度降低、热导率升高；实施例14使用了四官能度的硅氧烷，气凝胶骨架上并无烷基的存在导致疏水性相对较弱，另外，四官能度硅氧烷中有四个反应基团，生成气凝胶的网络结构交联度更大，弹性强度更强，但是气凝胶的粒径过大，透光率显著下降。
对比实施例1和实施例8-9、对比例1-2可知：只有混合溶剂采用质子性和非质子性的组合，并严格规定其摩尔比才能使气凝胶综合性能最优异，分析原因为：质子性溶剂抑制聚硅氧烷的水解，但是其自身产生的氢键无法更好地阻碍硅羟基的缩聚，非质子性溶剂可抑制硅羟基缩聚，阻止气凝胶颗粒继续生长，但是非质子性溶剂过多时反而影响硅氧烷的聚合反应，硅氧烷在三维方向的聚合反应进行程度和速度相差较大，气凝胶孔隙分布不均，造成其透光性和弹性强度下降。
对比实施例1和实施例10可知：规定质子性溶剂优选为硅氧烷水解产生的醇，以抑制聚硅氧烷的水解反应，避免硅羟基的缩聚反应，而当采用其他的醇则达不到这种效果。
对比实施例1和实施例11-12、对比例4可知：只有采用弱碱+强碱的两步反应，才能更好地控制硅氧烷以特定的速率进行反应，使反应制备的气凝胶性能最高；当弱碱和强碱环境的pH过高时均会使硅氧烷的聚合反应进行速度太快，加剧反应进行的不均匀性，导致气凝胶颗粒粒径不均匀，孔隙也更大，透光率、隔热性和弹性强度都下降。
对比实施例1和实施例13、对比例5可知：使用有机碱比无机碱效果更优，可能是因为有机碱进一步控制了硅羟基的缩聚程度，而无机碱则并没有此作用；而当有机碱中烷基的分子链过长时，虽然可以更有效地抑制硅羟基的缩聚，但同样也影响到了硅氧烷的聚合反应，使聚合反应在三维方向进行程度不均一，导致气凝胶性能相对较弱。
Claims (10)
1.一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷的官能度为2-4，选自二官能度硅氧烷、三官能度硅氧烷、四官能度硅氧烷中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，三官能度硅氧烷包括三烷氧基硅烷、三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种；优选为三烷氧基硅烷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述三烷氧基硅烷优选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述弱碱环境的pH为7.3-9.5；所述强碱环境的pH为10-14。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强碱环境中所用强碱为有机强碱；所述有机强碱为季铵盐及其衍生物，选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四己基氢氧化铵、四辛基氢氧化铵、四癸基氢氧化铵、双十烷基二甲基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵胆碱、四甲基氢氧化铵二乙二醇、四甲基氢氧化铵丙三醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硅氧烷水解和缩聚在混合溶剂和水的混合溶液中进行；所述混合溶剂包括质子性溶剂和非质子性溶剂；
所述硅氧烷、混合溶剂和水的摩尔比为1：(2-10)：(2-6)；优选为1：(4-8)：(3-5)；
所述混合溶剂中质子性溶剂和非质子性溶剂的摩尔比为1：(1-5)。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述质子性溶剂为硅氧烷水解所对应的醇，所述非质子性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、六甲基磷酰三胺中的任意一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的气凝胶，其特征在于，所述气凝胶的结构组成单元为RSiO1.5；R选自甲基、乙基、丙基中的一种或几种的组合；所述气凝胶的可见光透过率＞92％，压缩强度＞1.0MPa。
10.根据权利要求9所述的气凝胶在建筑材料领域的应用，其特征在于，用于透明隔热玻璃的制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310712411.2A CN116731322A (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310712411.2A CN116731322A (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116731322A true CN116731322A (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=87916428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310712411.2A Withdrawn CN116731322A (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116731322A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117303381A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 乌镇实验室 | 一种二氧化硅气凝胶的绿色制备方法 |
-
2023
- 2023-06-15 CN CN202310712411.2A patent/CN116731322A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117303381A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 乌镇实验室 | 一种二氧化硅气凝胶的绿色制备方法 |
| CN117303381B (zh) * | 2023-11-29 | 2024-04-05 | 乌镇实验室 | 一种二氧化硅气凝胶的绿色制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6738990B2 (ja) | 断熱シートおよびその製造方法 | |
| CN112119036B (zh) | 气凝胶毡的制造方法 | |
| US9663376B2 (en) | Xerogel production method | |
| CN116731322A (zh) | 一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用 | |
| KR102148388B1 (ko) | 실리카 에어로겔 블랭킷의 제조방법 및 이로 제조된 실리카 에어로겔 블랭킷 | |
| JP7024121B2 (ja) | 前加水分解されたポリシリケートの合成方法 | |
| CN108467045B (zh) | 一种以化学液相沉积制备双硅源体系自疏水气凝胶的方法 | |
| KR20210028131A (ko) | 에어로겔 블랭킷 제조방법 | |
| CN110092939B (zh) | 聚有机烷氧基硅烷增强杂化氧化硅气凝胶及其制备方法 | |
| KR20210033359A (ko) | 에어로겔 블랑켓 및 이의 제조방법 | |
| CN113767083B (zh) | 干燥湿凝胶毡的方法和使用该方法制造气凝胶毡的方法 | |
| EP4082980A1 (en) | Method for manufacturing aerogel blanket and aerogel blanket prepared therefrom | |
| CN116874784A (zh) | 一种用于曲面玻璃的透明柔性气凝胶及其制备方法 | |
| KR20210038232A (ko) | 에어로겔 블랭킷의 제조방법 | |
| CN112646229A (zh) | 一种具有超双疏性能的有机硅气凝胶的制备方法 | |
| CN104449353A (zh) | 一种用于地铁站装饰墙的陶瓷涂料及其制造方法 | |
| KR101111662B1 (ko) | 건조조절 화학첨가제를 이용한 대면적 실리카 에어로젤 막의 제조 방법 | |
| CN114835128A (zh) | 一种环氧树脂接枝改性二氧化硅气凝胶的制备方法 | |
| KR20190129596A (ko) | 재활용 용매를 사용하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법 | |
| KR20200077262A (ko) | 실리카 에어로겔 블랭킷의 제조방법 | |
| JP7071540B2 (ja) | シリカエアロゲルの製造方法 | |
| EP4186861A1 (en) | Method for producing aerogel composite, and aerogel composite | |
| JP5778563B2 (ja) | 多孔質シリカ前駆体塗布液の作製方法 | |
| EP4353770A1 (en) | Silica aerogel and silica aerogel blanket production method | |
| KR20210017749A (ko) | 습윤겔 블랭킷의 건조방법 및 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 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 | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20230912 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |