一种有机硅气凝胶的常压制备方法技术

本发明专利技术公开一种在常压条件下制备块体有机硅气凝胶的方法，属于新型多孔材料制备技术领域。在本发明专利技术的制备方法中，将有机硅聚合物溶解于有机溶剂配制成质量百分比浓度为5～40%的溶液，将粒度小于120目的碳酸铵粉末装填于可减压过滤的设备中，用有机硅聚合物溶液将碳酸铵粉末润湿并减压抽滤以除去多余的溶液。在常温下使有机硅聚合物溶液凝胶化，然后于常压条件下将其加热到50℃以上，使碳酸铵固体气化而得到有机硅块体气凝胶。利用本发明专利技术的方法制得的气凝胶产品，可应用于隔热保温、吸附、隔音等领域。

A method of atmospheric pressure preparation of organosilicon aerogels

The invention discloses a method for preparing block organosilicon aerogels at atmospheric pressure, which belongs to the technical field of preparation of new porous materials. In the preparation method of the invention, the organosilicon polymer is dissolved in an organic solvent to form a solution with a mass percentage of 5 to 40%, and the ammonium carbonate powder with a grain size of less than 120 is filled in a decompressed filter, and the ammonium carbonate powder is wetted and filtered to remove the excess solution with a silicone polymer solution. The organosilicon polymer solution is gelatinized at normal temperature, and then heated to more than 50 C under normal pressure to make the ammonium carbonate solid gasified to get the organosilicon block aerogel. The aerogel product produced by the method of the invention can be applied to the fields of heat insulation, adsorption, sound insulation, and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅气凝胶的常压制备方法
本专利技术属于新型多孔材料制备
，涉及一种低密度多孔材料的制备方法。
技术介绍
气凝胶是指将含有溶剂的湿凝胶通过特殊的干燥工艺除去溶剂的同时，保持了凝胶骨架结构而得到的多孔性固体材料。气凝胶具有低密度、高比表面积、低导热系数和高声阻的特点，使其作为催化剂载体、隔热材料和隔音材料具有广阔的应用范围和良好的发展前景。由于界面张力形成的毛细管作用力的原因，在常压或减压条件下加热直接蒸发湿凝胶中的溶剂，会使凝胶骨架收缩，所以通过将湿凝胶直接蒸发溶剂得到的干凝胶密度较高，而且由于孔的不均匀收缩而引起凝胶的破裂，难以得到孔隙均匀且完整的低密度气凝胶。超临界条件下消除气液界面后，Kistler等最早于1931年将SiO2醇凝胶在超临界条件下干燥，除去其中的溶剂，得到了低密度气凝胶。但是常用溶剂的临界温度和压力都很高，如乙醇和甲醇的临界温度大于240℃，临界压力大于6MPa，丙酮的临界温度为235℃，临界压力为4.7MPa，因此，采用超临界方法制备气凝胶需要高温高压条件，限制了气凝胶的体积和大规模工业应用。采用常压干燥法制备气凝胶是气凝胶制备技术发展的趋势。常压法通常通过溶剂置换过程，将湿凝胶中的亲水性表面张力较大的溶剂置换为疏水性及表面张力较小的溶剂，可以减少干燥过程中毛细管作用力造成的收缩。但是这种常压干燥法制备气凝胶通常需要十分耗时的溶剂置换和凝胶骨架表面疏水化处理步骤。本专利技术利用常压下可气化固体碳酸铵粉末作为分散介质，将有机硅聚合物溶解于有机溶剂形成溶液，利用有机硅聚合物溶液将固体粉末表面润湿。然后将被有机硅溶液润湿的固体粉末装入过滤设备减压抽滤，以除去多余的溶液。待有机硅聚合物在粉末表面凝胶化之后，在常压下升温到50℃以上，使固体碳酸铵气化，得到有机硅气凝胶。聚合物溶液凝胶化之后附着于固体粉末颗粒表面，在固体碳酸铵气化过程中，由于在碳酸铵固体颗粒之间的间隙中不存在液体，所以固体介质气化过程中体积收缩很小，用这种方法可得到低密度有机硅气凝胶。气化的固体经过溶液吸收到可得到回收。有机硅聚合物是由有机硅单体RnSiX4-n采用已有方法制备，其中R=—C6H5，—CH3,—C2H5，—CH=CH2；X=Cl，—OC2H5，—OCH3；n=0~2。本专利技术的气凝胶常压制备方法过程简便，适用于大规模生产。气凝胶产品可应用于隔热保温、吸附、隔音等领域。
技术实现思路
本专利技术提供一种通过常压干燥过程制备有机硅块体气凝胶的方法。所述气凝胶的制备由以下步骤构成：A.有机硅聚合物溶液的准备：在制备有机硅聚合物时，其中所用有机硅单体为三官能度有机硅单体RSiX3或者为三官能度有机硅单体与二官能度的有机硅单体R2Si(OX)2和四官能度有机硅单体的混合物Si(OX)4，其中R=—C6H5、—CH3、—C2H5、—CH=CH2；X=Cl、—OCH3、—OC2H5，在有机硅单体的构成中，三官能度有机硅单体所占质量百分数为60～100%，二官能度有机硅单体占质量百分数为0～20%，四官能度有机硅单体所占质量百分数为0～20%；将有机硅聚合物溶解于有机溶剂，形成质量百分比浓度为5～40%的溶液。B.碳酸铵粉末的准备：将碳酸铵研磨粉碎，收集粒度小于120目的粉末。C.有机硅聚合物溶液润湿碳酸铵粉末：将碳酸铵粉末装填于可减压过滤的设备（如布氏漏斗），适当加压使粉末装填紧密，然后使有机硅聚合物溶液充分润湿碳酸铵粉末，减压抽滤以除去多余的聚合物溶液，到在常压下无溶液自然流出为至。D.凝胶化：将C步骤所得被有机硅聚合物溶液润湿的碳酸铵粉体，在常湿下静置1~48小时，以使有机硅聚合物溶液凝胶化，所需时间依溶液浓度和固化催化剂用量而异。E.碳酸铵气化：将D步骤所得在减压过滤设备上的粉体升温到50℃,保持2小时，然后缓慢升温至150℃，且在此温度保持1小时，使碳酸铵充分气化，且使有机硅聚合物固化，得到有机硅气凝胶。具体实施方式下面的实施例可以进一步说明本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。【实施例1】将采用甲基三甲氧基硅烷（CH3Si(OCH3)3）制备的有机硅聚合物溶于甲基异丁基酮溶剂，得到质量百分比浓度为40%的溶液，在溶液中加入二月桂酸二丁基锡的乙醇溶液，使二月桂酸二丁基锡的质量为有机硅聚合物质量的0.5%。将通过150目分样筛的碳酸铵粉末置于布氏漏斗中，用聚合物溶液将碳酸铵粉末充分润湿，用刮刀将粉末表面抹平。缓慢抽滤至无溶液滴出。滤饼在室温条件下静置48小时，以使其中的有机硅聚合物凝胶化。然后在真空干燥箱中于常压下缓慢升温，在50℃保持2小时，然后缓慢升温到150℃，在此温度下保持1小时，得到块体气凝胶，密度为0.065g/cm3。【实施例2】将采用甲基三乙氧基硅烷（CH3Si(OC2H5)3）制备的有机硅聚合物溶于甲基异丁基酮溶剂，得到质量百分比浓度为40%的溶液，在溶液中加入二月桂酸二丁基锡的乙醇溶液，使二月桂酸二丁基锡的质量为有机硅聚合物质量的0.5%。将通过120目分样筛的碳酸铵粉末置于布氏漏斗中，用聚合物溶液将碳酸铵粉末充分润湿，用刮刀将粉末表面抹平。缓慢抽滤至无溶液滴出。滤饼在室温条件下静置48小时，以使其中的有机硅聚合物凝胶化。然后在真空干燥箱中于常压下缓慢升温，在50℃保持2小时，然后缓慢升温到150℃，在此温度下保持1小时，得到块体气凝胶，密度为0.072g/cm3。【实施例3】将采用甲基三氯硅烷（CH3SiCl3）和苯基三氯硅烷（C6H5SiCl3）以质量比5:1制备的有机硅聚合物溶于甲基异丁基酮溶剂，得到质量百分比浓度为35%的溶液，在溶液中加入二月桂酸二丁基锡的乙醇溶液，使二月桂酸二丁基锡的质量为有机硅聚合物质量的0.5%。将通过120目分样筛的碳酸铵粉末置于布氏漏斗中，用聚合物溶液将碳酸铵粉末充分润湿，用刮刀将粉末表面抹平。缓慢抽滤至无溶液滴出。滤饼在室温条件下静置48小时，以使其中的有机硅聚合物凝胶化。然后在真空干燥箱中于常压下缓慢升温，在50℃保持2小时，然后缓慢升温到150℃，在此温度下保持1小时，得到块体气凝胶，密度为0.065g/cm3。【实施例4】将采用苯基三氯硅烷（C6H5SiCl3）制备的有机硅聚合物溶于甲苯，得到质量百分比浓度为20%的溶液，在溶液中加入二月桂酸二丁基锡的乙醇溶液，使二月桂酸二丁基锡的质量为有机硅聚合物质量的0.5%。将通过150目分样筛的碳酸铵粉末置于布氏漏斗中，用聚合物溶液将碳酸铵粉末充分润湿，用刮刀将粉末表面抹平。缓慢抽滤至无溶液滴出。滤饼在室温条件下静置48小时，以使其中的有机硅聚合物凝胶化。然后在真空干燥箱中于常压下缓慢升温，在50℃保持2小时，然后缓慢升温到150℃，在此温度下保持1小时，得到块体气凝胶，密度为0.055g/cm3。【实施例5】将采用CH3Si(OCH3)3和乙烯基三甲氧基硅烷（CH2=CHSi(OCH3)3）以质量比4:1制备的有机硅聚合物溶于甲基异丁基酮，得到质量百分比浓度为25%的溶液，在溶液中加入二月桂酸二丁基锡的乙醇溶液，使二月桂酸二丁基锡的质量为有机硅聚合物质量的0.5%。将通过150目分样筛的碳酸铵粉末置于布氏漏斗中，用聚合物溶液将碳酸铵粉末充分润湿，用刮刀将粉末表面抹平。缓慢抽滤至无溶液滴出。滤饼在室温条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅气凝胶制备方法，其特征在于所述气凝胶的制备过程在常压下完成，且由以下步骤构成：A. 有机硅聚合物溶液的准备：将有机硅聚合物溶解于有机溶剂，形成质量百分比浓度为5～40%的溶液；B. 碳酸铵粉末的准备：将碳酸铵研磨粉碎，收集粒度小于120目的粉末；C. 有机硅聚合物溶液润湿碳酸铵粉末：将碳酸铵粉末装填于可减压过滤的设备（如布氏漏斗），适当加压使粉末装填紧密，然后使有机硅聚合物溶液充分润湿碳酸铵粉末，减压抽滤以除去多余的聚合物溶液，至在常压下无溶液自然流出为至；D. 凝胶化：将C步骤所得被有机硅聚合物溶液润湿的碳酸铵粉体，在常湿下静置1~48小时，以使有机硅聚合物溶液凝胶化，凝胶化所需时间依溶液浓度和固化催化剂用量而异。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅气凝胶制备方法，其特征在于所述气凝胶的制备过程在常压下完成，且由以下步骤构成：A.有机硅聚合物溶液的准备：将有机硅聚合物溶解于有机溶剂，形成质量百分比浓度为5～40%的溶液；B.碳酸铵粉末的准备：将碳酸铵研磨粉碎，收集粒度小于120目的粉末；C.有机硅聚合物溶液润湿碳酸铵粉末：将碳酸铵粉末装填于可减压过滤的设备（如布氏漏斗），适当加压使粉末装填紧密，然后使有机硅聚合物溶液充分润湿碳酸铵粉末，减压抽滤以除去多余的聚合物溶液，至在常压下无溶液自然流出为至；D.凝胶化：将C步骤所得被有机硅聚合物溶液润湿的碳酸铵粉体，在常湿下静置1~48小时，以使有机硅聚合物溶液凝胶化，凝胶化所需时间依溶液浓度和固化催化剂用量而异。2.E.碳酸铵气化：将D步骤所得在减压过滤设备上的粉体升温到50℃以上，使碳酸铵充分气化，且使有机硅聚合物固化，得到有机硅气凝胶。3.根据权利要求1所述的由有机硅气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎白钰，李响，张春晓，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62