共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法，涉及一种气凝胶。提供一种成本低廉、工艺简单、生产周期短、反应过程可控，且可连续化生产的共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法。将正硅酸四乙酯和无水乙醇按配比量加入到容器中搅拌，加入甲基三乙氧基硅烷；加入水，搅拌；加入盐酸，调节溶液ｐＨ；搅拌后加入氨水，调节体系ｐＨ；停止搅拌后将二氧化硅溶胶静置，制得湿凝胶，将制得的湿凝胶放入正己烷溶液或含１０％～５０％体积浓度甲基三乙氧基硅烷的正己烷溶液中进行溶剂交换和老化，用含甲基三乙氧基硅烷试剂溶液交换后，用正己烷溶液清洗，除去残留在样品表面的甲基三乙氧基硅烷，干燥，即得到透明二氧化硅气凝胶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气凝胶，尤其是涉及一种采用共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气 凝胶的方法。
技术介绍
二氧化硅(Si02)气凝胶是一种高比表面积、高孔隙率、低密度，低热传导率的纳米多孔材料，其骨架为纳米多孔空间网络状结构，基于材料本身所具有的特殊性能，Si02气凝胶在光学、电学、热绝缘、环保、催化、化工等领域具有非常广泛的应用前景。特别是以Si02气凝胶为基体的纳米多孔复合材料具有很低的热导率，是一种新型的高效隔热保温材料，其 纳米网络结构可有效地降低材料的固态热传导，同时纳米多孔结构有效抑止气体分子对热传 导的作用，通过添加碳黑或二氧化钛等红外遮光剂，可有效限制辐射传导，故此复合材料热 导率极低，可作为太阳能集热器盖板的隔热材料或建筑节能材料应用于实际生产中。此外，Si02气凝胶所具有的高比表面积和高孔隙率的特点可使其作为催化剂或催化剂载体应用于化工领域等。溶胶-凝胶法是制备Si02气凝胶的主要方法，是分别以正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、水玻璃或硅溶胶等为先驱体采用酸碱两步法或一步法合成湿凝胶后，再通过超临界干燥技术或非 超临界干燥技术来制备。超临界干燥技术是目前制备气凝胶比较成熟的干燥技术，其基本原理是在超临界状态下，湿凝胶内部结构孔洞气液界面消失，表面张力不复存在。超临界流体从凝胶排出过程中，不会导致其网络骨架的收縮及结构的枬塌，因而可以保持凝胶原有结构。超临界干燥一般采用醇类等有机溶剂(如乙醇、正丙醇)或C02作为干燥介质，与醇类有机溶剂相比较，C02的临界点温度较低(临界点温度和压力分别为31.2°C， 7.38MPa)，因 而可在常温下进行超临界干燥。1985年Tewari PH使用C02为超临界干燥介质进行了湿凝胶 的干燥，推动了硅气凝胶的商业化进程。专利EP-A-0 396 076、 W092/03378和W095/06617 均提到采用超临界干燥方法制备Si02气凝胶。印度研究者A.Venkateswara Rao通过超临界干 燥工艺研究了在不同先驱体下，添加不同共前驱体改性剂(带有不同疏水基团的硅垸改性剂) 利用超临界干燥工艺制备了高性能Si02气凝胶；其中利用甲基三乙氧基硅烷(MTMS)作为 单独前驱体制备出了高疏水性和高柔韧性的Si02气凝胶。由于超临界干燥技术存在设备投资大、成本高、高温高压操作危险等因素，因此限制了 Si02气凝胶难已通过此法实现商品化生产。与超临界相比，常压干燥工艺主要有以下路径1)多次溶剂交换和长时间老化处理；2) 添加表面改性剂，表面改性剂可在在凝胶形成之前加入或之后加入。2007年，台湾Te-YuWei 以正硅酸乙酯为前驱体通过近一个月时间多步骤的溶剂交换和表面改性得到了具有较好性能 的块状Si02气凝胶，样品孔隙率97%，密度0.07g/cm3，热导率O.OSGW'OivK)-1,此方法制备 周期长，工艺繁琐，消耗大量溶剂，限制了其实际应用性。2006年以来，韩国Sharad.D Bhagat 在凝胶形成过程中添加多功能表面改性剂的方法以水玻璃为前驱体在常压干燥工艺下制备 Si02气凝胶粉体，样品比表面积473 776m々g，密度0.1 0.309g/cm3，该方法制备时间短， 工艺简单，但得到的是非透明的白色粉体，机械强度较差。为了改善非超临界工艺制备的Si02气凝胶的性能，推动Si02气凝胶商品化应用，目前国 内外研究者集中研究在非超临界状态下制备性能优异的Si02气凝胶，已有相关的报道。公开号为CN1654324的专利技术专利申请提供一种常压制备纳米孔Si02气凝胶的方法，以廉 价水玻璃为硅源，加入表面活性剂来改变Si02气凝胶的表面性质，使之疏水。选择离子交换 树脂来大量的去除钠离子，降低钠离子对Si02气凝胶热导率的影响。并采用模板剂来控制孔 径分布和大小，孔的大小能控制在比较窄的范围内，实现真正纳米孔超级绝热材料的结构要 求。此方法能够很好的把Si02气凝胶控制在纳米级，并在一个比较小的范围。并大量的去除 了钠离子，解决了因Si02气凝胶的孔径分布不均和因钠离子的存在水洗不净而对其热导率的影响，并解决了其疏水性与热稳定性的问题，常压制备时间大大縮短，性能不低于超临界生产的Si02气凝胶。公开号为CN1984843的专利技术专利申请提供一种通过将表面活性剂溶于酸性水溶液，向其 中添加在分子中具有水解性官能团和疏水性官能团的硅化合物进行水解反应，生成的凝胶固 化后，使所述凝胶超临界干燥，可以得到微孔直径和微孔直径分布得到控制的二氧化硅气凝 胶。所述表面活性剂优选使用非离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂和阴离子性表面活 性剂中的任一种，或者混合两种以上使用。制得的二氧化硅气凝胶可以应用于太阳能集热器 盖板的绝热材料和住宅用绝热窗材料。公开号为CN1974384的专利技术专利申请提供一种Si02气凝胶的高温高压制备方法，该方法 以含Si-C键的有机化合物或聚合物为原料，以Ti、 Zr、 Pt等金属有机化合物为催化剂，含酮、 羰基有机化合物为反应助剂，以惰性气体为保护气氛，在450 80(TC温度下，控制高压釜内 压强^25MPa，制备Si02气凝胶，再高温脱碳。该专利技术的原料易得，制备周期短，产量高，成本低，反应过程易于控制，制备过程简单，所制备Si02气凝胶产品中不含水分，不需要超临界干燥步骤，极大地简化了气凝胶的制备条件，而且产物纯度高，粒径及孔径大小分布均匀，容易实现大规模生产。与超临界干燥工艺相比，常压干燥制备Si02气凝胶大大降低了成本和 操作危险，所用设备简单且可连续化生产，提高了Si02气凝胶产业化生产的可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、工艺简单、生产周期短、反应过程可控，且可连 续化生产的。本专利技术的技术方案是基于近年来发展起来的共前驱体表面改性制备技术，以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源前驱体，以无水乙醇为溶剂，以甲基三乙氧基硅烷(MTMS)为共前驱体改性 剂，以盐酸和氨水为催化剂，并在此基础上进行溶剂交换和老化，经过常压干燥制备透明Si02 气凝胶。本专利技术所述的透明二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下步骤1) 将正ra四乙酯(TEOS)和无水乙醇按配比量加入到容器中，搅拌，随后加入甲基三 乙氧基硅烷(MTMS);2) 加入水，搅拌；3) 加入盐酸，调节溶液的pH值为2 2.5;4) 搅拌后，加入氨水，调节体系pH值为8 8.5;5) 停止搅拌后，将二氧化硅(Si02)溶胶静置，制得湿凝胶；6) 将制得的湿凝胶放入正己烷溶液或含10。/。 50。/。体积浓度甲基三乙氧基硅烷(MTES) 的正己垸溶液中进行溶剂交换和老化，用含甲基三乙氧基硅垸试剂溶液交换后，再用正己垸 溶液清洗，除去残留在样品表面的甲基三乙氧基硅烷，干燥，即得到透明二氧化硅气凝胶。在步骤l)、 2)和4)中，搅拌的速度最好为300 400rpm/min。加入水的时间最好是加入甲基三乙氧基硅烷(MTMS)15min后。按原料摩尔比，正硅酸四乙酯无水乙醇甲基三乙氧基硅烷水=1 : (15 20) : (o.2 o.6) : (6 io);按摩尔比，盐酸的浓度最好为lmol/L，氨水的浓度最好为lmol/L。 老化温度最好为25 60'C，最好每隔2 3天本文档来自技高网...
【技术保护点】
共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤： １）将正硅酸四乙酯和无水乙醇按配比量加入到容器中，搅拌，随后加入甲基三乙氧基硅烷； ２）加入水，搅拌； ３）加入盐酸，调节溶液的ｐＨ值为２～２．５； ４）搅拌后，加入氨水，调节体系ｐＨ值为８～８．５； ５）停止搅拌后，将二氧化硅溶胶静置，制得湿凝胶； ６）将制得的湿凝胶放入正己烷溶液或含１０％～５０％体积浓度甲基三乙氧基硅烷的正己烷溶液中进行溶剂交换和老化，用含甲基三乙氧基硅烷试剂溶液交换后，再用正己烷溶液清洗，除去残留在样品表面的甲基三乙氧基硅烷，干燥，即得到透明二氧化硅气凝胶。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余煜玺，吴国友，程璇，张颖，涂慧彬，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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