一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法。该制备方法，包括如下步骤：在超临界流体中，在催化剂存在的条件下，含氢聚硅氧烷和乙烯基聚硅氧烷经交联反应即可得到该聚硅氧烷气凝胶。超临界流体可为超临界二氧化碳流体、超临界甲烷流体和超临界二氧化氮流体中的任一种。催化剂可为Karstedt’s催化剂或氯铂酸。本发明专利技术运用绿色溶剂，通过简单的一步法在超临界流体中制备柔性可切割可编织超疏水硅气凝胶材料；本发明专利技术所得的硅气凝胶具有高柔性和超高疏水性，可进行切割和再编织加工，满足不同形状、不同条件和不同要求等应用需求；本发明专利技术生产成本低，生产过程简单环保，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法，特别涉及一种柔性可编织超疏水聚硅氧烷气凝胶的制备方法。
技术介绍
当凝胶脱去大部分溶剂时，凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满气体，外表呈固体状，称为气凝胶。气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系或金属系等等。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得。由于其纳米疏松多孔特性，气凝胶在高技术强激光低密度靶材料、高效隔热材料、声学延迟材料、高性能催化剂等方面都有广泛的应用。硅气凝胶具有纳米多孔三维网络结构、高孔隙率、低密度、高比表面积和高孔体积率的特点，具有重要的应用价值，如：具有的三维纳米网络结构可以有效地限制局域热激发的传播，因此可以应用于隔热领域；具有的低声速特性，因此可用于声学延迟或高温隔音；具有高的比表面积，因此可用作新型催化剂或催化剂载体。目前常用的制备聚硅氧烷气凝胶的方法为溶胶凝胶法，该方法通常为烷氧基硅烷Si(OR)4/SiR1(OR2)3在有机溶剂中经溶胶凝胶、老化和干燥处理等过程实现。该方法中，在溶胶凝胶过程中，通过控制Si(OR)4/SiR1(OR2)3的水解和缩聚反应条件，在体系内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满有机液态试剂；经老化过程，使其进一步缩合形成三维网络结构；在后续的干燥过程中为了防止凝胶微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，通常采用超临界干燥、环境压力干燥和真空干燥等方法。然而，该方法工艺步骤众多，费时费力，且在制备过程中引入大量溶剂污染，环保性差，并且制备出的气凝胶产品柔韧性差，机械强度低，无法抵抗多次循环和大体积压缩，无法满足广泛的工业应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法，该制备方法解决目前聚硅氧烷气凝胶制备步骤繁琐费时、环保性差和机械性能差等问题。本专利技术提供的一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法，包括如下步骤：在超临界流体中，在催化剂存在的条件下，含氢聚硅氧烷和乙烯基聚硅氧烷经交联反应即可得到所述聚硅氧烷气凝胶。本专利技术中的聚硅氧烷是指主链为的聚合物，R1-R4代表有机基团，其中R1、R2、R3和R4可以相同，可以不同，n，m为自然数，m和n可以相同，可以不同。所述含氢聚硅氧烷是指链中的R1-R4至少一个为氢的聚硅氧烷，或者链端至少一端为氢的聚硅氧烷；所述乙烯基聚硅氧烷为链中的R1-R4至少一个为乙烯基的聚硅氧烷，或者链端中至少一端为乙烯基的聚硅氧烷。所述含氢聚硅氧烷具体可为甲基含氢聚硅氧烷，其重复单元中R1-R4中的一个为氢，其余为甲基，端基为甲基。所述乙烯基聚硅氧烷具体可为端乙烯基二甲基聚硅氧烷，其重复单元中的R1-R4均为甲基，两个端基均为乙烯基。所述含氢聚硅氧烷和所述乙烯基聚硅氧烷经交联反应即可生成三维网络结构的气凝胶，即所述聚硅氧烷气凝胶。上述制备方法中，所述超临界流体为超临界二氧化碳流体、超临界甲烷流体和超临界二氧化氮流体中的任一种。上述制备方法中，所述催化剂的加入量为所述含氢聚硅氧烷和所述乙烯基聚硅氧烷质量之和的0.01％～1％，具体可为0.01％～0.1％、0.01％～0.05％、0.05％～0.1％、0.01％、0.05％或0.1％。所述催化剂为含铂催化剂，所述含铂催化剂为Karstedt’s催化剂或氯铂酸。上述制备方法中，所述含氢聚硅氧烷中的Si-H的摩尔数与所述乙烯基聚硅氧烷中的乙烯基的摩尔数的比值为1.4～0.7：1.0，具体可为1.4～1.0：1.0、0.7～1.0：1.0、1.4：1.0、1.0：1.0或0.7：1.0；所述含氢聚硅氧烷中，氢原子的质量(Si-H中的H)可为所述含氢聚硅氧烷的质量的0.1％～1.4％(含氢量)，具体可为0.2％或0.4％；所述含氢聚硅氧烷的分子量可为1000～15000g/mol，具体可为1500～3000g/mol、4000～8000g/mol或10000～15000g/mol；所述乙烯基聚硅氧烷的分子量可为1000～20000g/mol，具体可为1500～13000g/mol、1500～3000g/mol、5000～8000g/mol或9000～13000g/mol。上述制备方法中，所述交联反应的温度可为40～120℃，具体可为40～80℃、40～60℃、60～80℃、40℃、60℃或80℃；压力可为7MPa～60MPa，具体可为16～25MPa、16MPa或25MPa；所述交联反应的时间为1～24h，具体可为1～4h、4～24h、1h、4h或24h。上述制备方法中，当所述超临界流体为超临界二氧化碳流体时，所述超临界二氧化碳流体可通过将二氧化碳充入反应釜中后，在所述温度和所述压力下得到。本专利技术进一步提供了一种利用上述制备方法制备得到的聚硅氧烷气凝胶，该聚硅氧烷气凝胶具有高柔性和超高疏水性，可进行切割和再编织加工，可满足不同形状、不同条件和不同要求等应用需求。本专利技术聚硅氧烷气凝胶的制备方法具有如下优点：1、本专利技术运用绿色溶剂，通过简单的一步法在超临界二氧化碳中制备柔性可切割可编织超疏水硅气凝胶材料。2、本专利技术所得的硅气凝胶具有高柔性和超高疏水性，可进行切割和再编织加工，满足不同形状、不同条件和不同要求等应用需求。3、本专利技术生产成本低，生产过程简单环保，易于工业化生产。附图说明图1为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶的扫描电子显微镜照片。图2为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶的透射电子显微镜照片。图3为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶对水的接触角。图4为聚硅氧烷气凝胶的力学性能测试结果，其中图4a)为实施例1和实施例4中制备得到的聚硅氧烷气凝胶的单轴压缩曲线；图4b)～图4d)为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶在不同温度下单轴循环压缩100次的应力-应变曲线，图4b)：室温，图4c)：150℃，图4d)：-50℃。图5为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶的照片。图6为实施例1中制备得到的聚硅氧烷气凝胶的切割和缝合图，其中，图6(a)为切割图，图6(b)为缝合图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、聚硅氧烷气凝胶的制备聚硅氧烷气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将1.80g的分子量为1500-3000g/mol(平均分子量为1700g/mol)的甲基含氢聚硅氧烷(含氢量为0.2wt％)、5.12g的分子量为1500-3000g/mol(平均分子量为2000g/mol)的端乙烯基二甲基聚硅氧烷和Karstedt’s催化剂(质量为甲基含氢聚硅氧烷和端乙烯基二甲基聚硅氧烷质量之和的0.05％)加入到50mL反应釜中，在40℃下CO2充入使体系的压力达到16MPa，同时CO2处于超临界流体状态，反应4小时后放出CO2直接得到块状气凝胶。本实施例中甲基含氢聚硅氧烷中Si-H的摩尔数与乙烯基聚硅氧烷中的乙烯基的摩尔数的比值为0.7：1.0。如图1和图2所示，为上述方法制备得到的聚硅氧烷气凝胶的扫描电子显微镜(SEM)照片和透射电子显微镜(TEM)照片，由图可以看出，该聚硅氧烷气凝胶为疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法，包括如下步骤：在超临界流体中，在催化剂存在的条件下，含氢聚硅氧烷和乙烯基聚硅氧烷经交联反应即可得到所述聚硅氧烷气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种聚硅氧烷气凝胶的制备方法，包括如下步骤：在超临界流体中，在催化剂存在的条件下，含氢聚硅氧烷和乙烯基聚硅氧烷经交联反应即可得到所述聚硅氧烷气凝胶；所述含氢聚硅氧烷中Si-H的摩尔数与所述乙烯基聚硅氧烷中乙烯基的摩尔数的比值为1.4～0.7：1.0；所述含氢聚硅氧烷中，氢原子的摩尔数为所述含氢聚硅氧烷的摩尔数的0.1％～1.4％，分子量为1000～15000g/mol；所述乙烯基聚硅氧烷的分子量为1000～20000g/mol；所述交联反应的温度为40～120℃，压力为7MPa～60MPa；所述交联反应的时间为1～24h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超临界流体为超临界二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志波，邹方鑫，张建玲，段春婷，符文鑫，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11