SU1680623A1 - Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks - Google Patents

Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks Download PDF

Info

Publication number
SU1680623A1
SU1680623A1 SU894694164A SU4694164A SU1680623A1 SU 1680623 A1 SU1680623 A1 SU 1680623A1 SU 894694164 A SU894694164 A SU 894694164A SU 4694164 A SU4694164 A SU 4694164A SU 1680623 A1 SU1680623 A1 SU 1680623A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
alcohol
autoclave
blocks
airgel
temperature
Prior art date
Application number
SU894694164A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Антоновна Городецкая
Александр Федорович Данилюк
Владимир Львович Кузнецов
Original Assignee
Институт катализа СО АН СССР
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 Институт катализа СО АН СССР filed Critical Институт катализа СО АН СССР
Priority to SU894694164A priority Critical patent/SU1680623A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1680623A1 publication Critical patent/SU1680623A1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

Изобретение относитс  к способам получени  блоков азрогел  оксида кремни  и позвол ет увеличить выход недеформированных и неразрушенных блоков до 97%. Способ включает гидролиз эфиров ортокремниевых кислот, растворенных в спирте, в присутствии катализатора, гелеобразова- ние полученной массы в формах с образованием блоков алкогел , старение алкогел  в спирте, последующее удаление спирта и превращение алкогел  в аэрогель в автоклаве сначала при повышении температуры и давлени  до сверхкритических дл  спирта значений, затем при изотермическом снижении давлени  до атмосферного и дальнейшем снижении температуры до комнатной, обжиг аэрогел . Удаление спирта и превращение алкогел  осуществл ют в секционном автоклаве, при этом формы с алкогелем перед установкой в автоклав закрывают крышками.This invention relates to methods for producing azrogel silica blocks and allows for an increase in the yield of undeformed and intact blocks up to 97%. The method involves hydrolysis of orthosilicic acid esters dissolved in alcohol in the presence of a catalyst, gelation of the resulting mass in forms to form blocks of alcohol, aging of alcohol in alcohol, subsequent removal of alcohol, and the conversion of alcohol to airgel in an autoclave first with increasing temperature and pressure to supercritical for alcohol values, then with isothermal pressure reduction to atmospheric and further temperature reduction to room temperature, firing the airgel. The removal of alcohol and the conversion of alcohol are carried out in a sectional autoclave, and the molds with alcohol are closed with lids before being inserted into the autoclave.

Description

уat

ЈJ

Изобретение относитс  к получению аэрогелей, в частности прозрачных блоков аэрогел  оксида кремни , используемых в че- ренковских детекторах дл  анализа зар женных частиц высокой энергии, а также в качестве тепло- и звукоизол торов.The invention relates to the preparation of aerogels, in particular transparent blocks of silica airgel, used in Cerenkov detectors for analyzing charged high-energy particles, as well as heat and sound insulators.

Аэрогели, состо щие из частичек крем- незол , представл ют собой высокопористые структуры со большим объемом макропор (с R 300 А) и низкими значени ми кажущейс  плотности/0,08-0,3 г/см ).Aerogels consisting of silica gel particles are highly porous structures with a large volume of macropores (with R 300 A) and low values of apparent density (0.08-0.3 g / cm).

Целью изобретени   вл етс  повышение выхода недеформированных и неразрушенных блоков аэрогел  оксида кремни  при его получении.The aim of the invention is to increase the yield of undeformed and intact silica airgel blocks when it is produced.

В предлагаемом решении синтез прозрачных блоков аэрогел  оксида кремни  осуществл ют в несколько стадий: получение алкогел , его старение, удаление растворител , обжиг аэрогел .In the proposed solution, the synthesis of transparent blocks of silica airgel is carried out in several stages: alcohol production, aging, solvent removal, airgel calcination.

Синтез алкогел  осуществл ют из тет- раметилового эфира ортокремниевой кислоты в присутствии щелочного катализатора или тетраэтилового эфира ортокремниевой кислоты в присутствии кислотного катализатора .Alcohol synthesis is carried out from orthosilicic acid tetramethyl ester in the presence of an alkaline catalyst or orthosilicic acid tetraethyl ester in the presence of an acid catalyst.

В качестве щелочного катализатора используют гидроокись аммони , в качестве кислотного - фтористоводородную кислоту.Ammonium hydroxide is used as alkaline catalyst, hydrofluoric acid is used as acid.

Дл  получени  прозрачных блоков аэрогел  оксида кремни  на стадии алкогел  используют дл  гидролиза тетраалкоксиси- лана не менее 4-8 моль воды на 1 моль тетраалкоксисилана.To obtain transparent silica airgel blocks in the alcohol stage, at least 4–8 mol of water per 1 mol of tetra alkoxysilane is used to hydrolyze tetraalkoxysilane.

При меньшем содержании воды гель получаетс  молочного цвета, при большем - возрастает врем  отмывки алкогел  от остаточной воды.With a lower water content, the gel is milky in color; with a larger one, the time it takes for the alcohol to wash out residual water increases.

Дл  создани  гомогенности смеси используют водно-органические растворы.Aqueous organic solutions are used to create a homogeneous mixture.

DS DODS DO

О О Ю 00About About Yu 00

Катализатор ввод т в водно-органическую смесь непосредственно перед добавлением гетраалкоксисилана.The catalyst is introduced into the aqueous-organic mixture immediately prior to the addition of the heteroalkoxysilane.

Растворы сливают вместе, перемешивают до начала изменени  в зкости, а затем заливают в формы из нержавеющей стали, где и происходит образование алкогел . Дл  предотвращени  прилипани  алкогел  к стенкам форм последние внутри покрывают фторлоном.The solutions are poured together, mixed until the viscosity begins to change, and then poured into stainless steel molds, where the formation of alcohol occurs. To prevent the alcohol from sticking to the walls of the molds, the latter are internally coated with Fluorone.

Сразу после гелеобразовани  в алкоге- ле по данным ЯМР295 присутствует еще исходный тетраалкоксисилан, Такой алко- гель заливают водно-спиртовой смесью, содержащей то же количество воды, что и гель, и стар т гель в течение суток. Через сутки водно-спиртовую смесь замен ют на спирт гель стар  г еще дней 7-10.Immediately after gel formation, according to NMR295, the initial tetraalkoxysilane is present in alcohol. Such an alcoholic gel is poured with an aqueous-alcoholic mixture containing the same amount of water as the gel, and the gel starts within 24 hours. After one day, the water-alcohol mixture was replaced by an old-fashioned alcohol gel for another 7-10 days.

Удаление растворител  из алкогел  осуществл ют в автоклаве о сверхкритических дл  используемого растворител  услови х, Дл  метанола критические температура, давление и удельный объем вводимого в автоклав метанола соответственно равныRemoval of the solvent from the alcohol is carried out in an autoclave under supercritical conditions for the solvent used. For methanol, the critical temperature, pressure and specific volume of methanol introduced into the autoclave are respectively

240°С, 79,9 бар, 3,67 CMJ/r.240 ° C, 79.9 bar, 3.67 CMJ / r.

Автоклавный процесс осуществл ют в несколько этапов: подьем температуры и давлени  до сверхкритических, стравливание спирта путем снижени  давлени  при посто нной температуре до атмосферного, снижение температуры до комнатной.The autoclave process is carried out in several stages: raising the temperature and pressure to supercritical, etching the alcohol by reducing the pressure at a constant temperature to atmospheric, reducing the temperature to room temperature.

Алкогель имеет малую прочность. Дл  увеличени  устойчивости гели  капилл рным давлени м необходима низка  скорость удалени  растворител . Кроме того, дл  уменьшени  веро тности сжати  и разрушени  образца удаление растворител  необходимо проводить быстро. В предлагаемом способе оптимальное врем  подъема температуры составл ет пор дка 24 ч.Alkogel has low strength. To increase the stability of the gels by capillary pressures, a low solvent removal rate is necessary. In addition, to reduce the likelihood of compression and destruction of the sample, solvent removal must be carried out quickly. In the inventive method, the optimum temperature rise time is in the order of 24 hours.

Такой режим, однако, не исключает образовани  трещин в геле или его деформаций . Чтобы блоки гели  не деформировались, необходимо раздел ть автоклав на секции, а формы с гел ми за- крывать сверху.Such a regime, however, does not exclude the formation of cracks in the gel or its deformations. In order for the gels to not become deformed, it is necessary to divide the autoclave into sections, and to close the forms with gels from above.

Разделение автоклава на секции осуществл ют с помощью кассеты дл  форм. Кассета изготавливаетс  таких размеров, чтобы рассто ние между полками кассеты и стенками автоклава было незначительным. Кро- ме того, формы с гел ми сверху покрывают стеклами, размеры которых несколько больше размеров форм.The separation of the autoclave into sections is carried out using a mold cassette. The cassette is manufactured in such a size that the distance between the cassette shelves and the walls of the autoclave is insignificant. In addition, the forms with gels on top are covered with glasses, whose dimensions are slightly larger than the sizes of the forms.

Процесс стадии удалени  растворител  может быть даже интенсифицирован без ущерба дл  целостности блоков гел . Так, в прототипе снижение давлени  в автоклаве осуществл ют в течение 24 ч, в предлагаемом способе - пор дка 6 ч.The process of the solvent removal step can even be intensified without compromising the integrity of the gel blocks. Thus, in the prototype, pressure reduction in the autoclave is carried out within 24 hours, in the proposed method - about 6 hours.

00

5 five

0 0

5five

0 0

5 050

5 five

0 0

5 five

После удалени  растворител  поверхность аэрогел   вл етс  гидрофобной из-за присутстви  на его поверхности метокси- групп. Сконденсировавшийс  метанол присутствует и в порах. Дл  удалени  оставшегос  метанола образец прогревают на воздухе при 400-500°С. Метанол при этом окисл етс  в формальдегид и муравьиную кислоту, которые легко удал ютс .After removal of the solvent, the airgel surface is hydrophobic due to the presence of methoxy groups on its surface. Condensed methanol is present in the pores. To remove the remaining methanol, the sample is heated in air at 400-500 ° C. In this case, methanol is oxidized to formaldehyde and formic acid, which are easily removed.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе используют на стадии удалени  растворител  секционирование автоклава, а изол цию алкогел  от среды автоклава осуществл ют путем закрывани  форм сверху.Unlike the prototype, in the proposed method, at the stage of solvent removal, the section of the autoclave is used, and the alcohol is isolated from the environment of the autoclave by closing the molds from above.

П р и м е р 1. Дл  синтеза алкогел  берут 172 мл тетраметоксилана, раствор ют его в 57,5 мл метанола, смесь охлаждают до 0- (+4)°С, В приготовленную водно-метаноль- ную смесь, содержащую 86 мл воды и 184 мл метанола, при перемешивании внос т последовательно 0,2 мл 25%-ного раствора NH40H и 229,5 мл раствора тетраметоксиси- лана в метаноле. Перемешивание продолжают до начала изменени  в зкости раствора, затем раствор заливают в квадратные формы из нержавеющей стали размерами 60x60x45 мм, где и происходит образование алкогел .EXAMPLE 1. For the synthesis of alcohol, 172 ml of tetramethoxylan are taken, dissolved in 57.5 ml of methanol, the mixture is cooled to 0- (+4) ° C, B the prepared water-methanol mixture containing 86 ml water and 184 ml of methanol; while stirring, 0.2 ml of a 25% NH40H solution and 229.5 ml of a solution of tetramethoxysilane in methanol are successively introduced. Stirring is continued until the viscosity of the solution begins to change, then the solution is poured into square shapes of stainless steel with dimensions of 60x60x45 mm, where the formation of alcohol occurs.

После застывани  алкогели заливают водно-метанольной смесью, содержащей 8,6 об.% воды, и оставл ют на сутки дл  старени . Через 1 сут водно-метанольную смесь замен ют на метанол, и алкогели стар т под метанолом 9 дней.After hardening, the alcohols are poured with a water-methanol mixture containing 8.6% by volume of water and left to age for a day. After 1 day, the water-methanol mixture is replaced with methanol, and the alcohols are aged under methanol for 9 days.

Перед удалением растворител  алкогели промывают свежей порцией метанола дл  удалени  остатков воды.Before removing the solvent, the alcohols are washed with a fresh portion of methanol to remove residual water.

На стадии удалени  растворител  формы с алкогелем закрывают стекл нными крышками и помещают в кассету, представл ющую собой цилиндр с полками, Кассету помещают в автоклав, туда же заливают метанол в количестве, обеспечивающем достижение критических параметров. Автоклав закрывают, азотом создают в нем давление 90 кг/см2 и медленно в течение 20 ч поднимают температуру от комнатной до 250- 260°С. Давление при этом поддерживаетс  на уровне 90 кг/см .At the stage of removing the solvent, the forms with alcohol are covered with glass lids and placed in a cassette, which is a cylinder with shelves. The cassette is placed in an autoclave, and methanol is poured there in an amount that ensures the achievement of critical parameters. The autoclave is closed, a pressure of 90 kg / cm2 is created in it and, over a period of 20 hours, the temperature is raised from room temperature to 250-260 ° C. The pressure is maintained at a level of 90 kg / cm.

После достижени  максимальной температуры открывают вентиль на выходе из автоклава и, поддержива  температуру посто нной , в течение 6 ч удал ют метанол из системы. Давление при этом равномерно снижаетс  до атмосферного. Остатки метанола откачивают из системы. После этого автоклав закрывают и медленно (за счет естественного остывани  автоклава) снижают температуру до комнатной.After reaching the maximum temperature, the valve is opened at the outlet of the autoclave and, keeping the temperature constant, methanol is removed from the system for 6 hours. The pressure is uniformly reduced to atmospheric. Methanol residues are pumped out of the system. After that, the autoclave is closed and slowly (due to the natural cooling of the autoclave) the temperature is lowered to room temperature.

Аэрогели из автоклава перенос т в муфельную печь и обжигают на воздухе при 500°С. Получают п ть блоков аэрогел  оксида кремни , целых и без трещин, имеющих плотность пор дка 0,175 г/см и показатель преломлени  1,036,The aerogels from the autoclave are transferred to a muffle furnace and burned in air at 500 ° C. Five blocks of silica airgel are obtained, intact and uncracked, having a density of about 0.175 g / cm and a refractive index of 1.036,

Было проведено семь синтезов, в результате которого синтезирована 35 блоков аэрогел  оксида кремни . Все блоки были ровные, недеформированные, 34 из них без трещин. Выход целых блоков аэрогел  оксида кремни  составл ет 97,1 %.Seven syntheses were carried out, as a result of which 35 blocks of silica airgel were synthesized. All blocks were smooth, undeformed, 34 of them without cracks. The yield of whole blocks of silica airgel is 97.1%.

Аналогичные синтезы были проведены по методике, описанной в прототипе. При этом выход недеформированных блоков со- ставил только 31,4%.Similar syntheses were carried out according to the method described in the prototype. At the same time, the yield of undeformed blocks was only 31.4%.

П р и м е р 2. Синтез аэрогел  оксида кремни  осуществл ют как в примере 1, но дл  синтеза берут 78,8 мл тетраэтоксисила- на, 48,7 мл воды, 372,5мл 96%-ного раство- ра этилового спирта и 4,0 млл НРконц.PRI mme R 2. Synthesis of silica airgel is carried out as in Example 1, but 78.8 ml of tetraethoxysilane, 48.7 ml of water, 372.5 ml of a 96% ethanol solution and 4.0 ml Nrkonts.

На стадии старени  остатки этанола замен ют на метанол, на стадии удалени  рас- творител  из алкогел  удал ют уже метанол.At the aging stage, ethanol residues are replaced with methanol; at the solvent removal stage, methanol is already removed from the alcohol.

Предложенным способом можно получать прозрачные блоки аэрогел  оксидаThe proposed method can be obtained transparent blocks of airgel oxide

кремни  плотностью 0,08-0,4 г/см , имеющих показатель преломлени  1,017-1,04.silicon with a density of 0.08-0.4 g / cm, having a refractive index of 1.017-1.04.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ получени  блоков аэрогел  оксида кремни , включающий гидролиз эфи- ров ортокремниевых кислот, растворенных в спирте, в присутствии катализатора, геле- образование полученной массы в, формах с образованием блоков алкогел  в спирте, последующее удаление спирта и превращение алкогел  в аэрогель в автоклаве сначала при повышении давлени  и температуры до сверхкритических дл  спирта значений, а затем при изотермическом снижении давлени  до атмосферного и дальнейшем снижении температуры до комнатной, обжиг аэрогел , отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода недеформированных и неразрушенных блоков аэрогел , удаление спирта и превращение алкогел  в аэрогель осуществл ют в секционном автоклаве , при этом формы с алкогелем перед установкой в автоклав закрывают крышками .The method of producing silica airgel blocks, including hydrolysis of orthosilicic acid esters dissolved in alcohol in the presence of a catalyst, gelation of the resulting mass in forms with the formation of blocks of alcohol in alcohol, the subsequent removal of alcohol and the conversion of alcohol to airgel in an autoclave, first with increasing the pressure and temperature to alcohol supercritical values, and then with an isothermal reduction of pressure to atmospheric and a further decrease in temperature to room temperature, roasting an airgel that differs That, in order to increase the yield of undeformed and intact airgel blocks, the removal of alcohol and the conversion of alcohol to airgel are carried out in a sectional autoclave, while the forms with alcohol are closed with lids before being installed in the autoclave.
SU894694164A 1989-05-27 1989-05-27 Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks SU1680623A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894694164A SU1680623A1 (en) 1989-05-27 1989-05-27 Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894694164A SU1680623A1 (en) 1989-05-27 1989-05-27 Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1680623A1 true SU1680623A1 (en) 1991-09-30

Family

ID=21448925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894694164A SU1680623A1 (en) 1989-05-27 1989-05-27 Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1680623A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0742174A1 (en) * 1995-05-11 1996-11-13 Alcatel Fibres Optiques Process for producing silica gel
US6099792A (en) * 1998-10-07 2000-08-08 Yazaki Corporation Sol-gel process using porous mold
US6514454B1 (en) 1998-10-07 2003-02-04 Yazaki Corporation Sol-gel process using porous mold
US7384988B2 (en) * 2003-08-26 2008-06-10 Union College Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby
RU2668657C1 (en) * 2014-10-03 2018-10-02 Эспен Аэроджелз, Инк Improved materials of hydrophobic airgels
RU2693200C1 (en) * 2018-08-23 2019-07-01 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Method of producing nanoparticles of manganese oxides and aerogels based thereon and aerogel obtained by this method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4327065, кл. С 01 В 33/158.1983. *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0742174A1 (en) * 1995-05-11 1996-11-13 Alcatel Fibres Optiques Process for producing silica gel
FR2733973A1 (en) * 1995-05-11 1996-11-15 Alcatel Fibres Optiques PROCESS FOR PRODUCING SILICA GEL
US6099792A (en) * 1998-10-07 2000-08-08 Yazaki Corporation Sol-gel process using porous mold
US6514454B1 (en) 1998-10-07 2003-02-04 Yazaki Corporation Sol-gel process using porous mold
US7384988B2 (en) * 2003-08-26 2008-06-10 Union College Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby
US8080591B1 (en) 2003-08-26 2011-12-20 Gauthier Ben M Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby
RU2668657C1 (en) * 2014-10-03 2018-10-02 Эспен Аэроджелз, Инк Improved materials of hydrophobic airgels
US11208539B2 (en) 2014-10-03 2021-12-28 Aspen Aerogels, Inc. Hydrophobic aerogel materials
US11597814B2 (en) 2014-10-03 2023-03-07 Aspen Aerogels, Inc. Heat resistant aerogel materials
US11807736B2 (en) 2014-10-03 2023-11-07 Aspen Aerogels, Inc. Heat resistant aerogel materials
US11807734B2 (en) 2014-10-03 2023-11-07 Aspen Aerogels, Inc. Heat resistant aerogel materials
RU2693200C1 (en) * 2018-08-23 2019-07-01 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Method of producing nanoparticles of manganese oxides and aerogels based thereon and aerogel obtained by this method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0617700B1 (en) Sol-gel process for providing a tailored gel microstructure
CA1288313C (en) Process for forming transparent aerogel insulating arrays
EP0382310B1 (en) Process for preparing monoliths of aerogels of metal oxides
JP3690806B2 (en) Subcritical drying of sol-gel porous objects
SU1680623A1 (en) Method for manufacturing silicon oxide aerogel blocks
ATE1894T1 (en) PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SILICON DIOXIDE AEROGEL AND ITS USE.
WO1992003378A1 (en) A METHOD FOR PRODUCING METAL OXIDE AEROGELS HAVING DENSITIES LESS THAN 0.02 g/cm?3¿
US5242647A (en) Method of casting aerogels
CN110817889B (en) Preparation method of toughened silica aerogel, toughened silica aerogel and application of toughened silica aerogel
JPS61136925A (en) Manufacture of monolithic glass member
US3434912A (en) Self-sustaining,thin,crack-free sheet of inorganic aerogel
JP3406297B2 (en) Method for producing high purity silica glass using sol-gel method
CA2243879A1 (en) Method for fabricating silica glass
JP2938058B2 (en) Method for producing silica glass
KR100549422B1 (en) silica glass composition and manufacturing method of silica glass using the same
KR100549423B1 (en) Manufacturing method of silica glass for sol-gel process
RU1806105C (en) Method for glass production
SU1723054A2 (en) Method of producing quartz glass
RU2228903C2 (en) Microporous quartz glass
SU1749185A1 (en) Method of quartz sand production
JP2907667B2 (en) Method for producing transparent airgel
KR100346176B1 (en) Fabrication method of silica glass by sol-gel process
KR100618936B1 (en) Method for the preparation of aerogels
KR100346198B1 (en) Fabrication method of doped silica glass by sol-gel process
KR100326123B1 (en) Fabrication method of silica glass by sol-gel process