一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入第一有机溶剂中，在惰性气体保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，过滤，取滤液得到溶液A；S2、向S1中得到的溶液A中加入碱性水溶液，萃取并取水相，用酸性水溶液调节pH＝6‑7，加入第二有机溶剂，萃取并取有机相，然后除去第二有机溶剂，干燥。本发明专利技术对二氧化硅气凝胶进行了分子层面的改造，通过脱甲基化，调控二氧化硅气凝胶中甲基基团的数量，减少有机物的燃烧，降低二氧化硅气凝胶燃烧的释热量，提高二氧化硅气凝胶的热稳定性和纯度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二氧化硅气凝胶改性
，尤其涉及一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法。
技术介绍
二氧化硅气凝胶是一种新型的隔热保温材料，具有纳米多孔和三维网络结构，具有密度小、孔径小、孔隙率高、比表面积大、导热系数低等优点，同时它还具有吸附性强、抗氧化、耐腐蚀等诸多优点。其中，导热系数低是二氧化硅气凝胶最显著的特点，因而成为一种新型高效保温隔热材料。二氧化硅气凝胶在民用保温材料尤其是外墙保温方面，相比于传统的聚苯乙烯、聚氨酯等有机材料和发泡水泥、膨胀珍珠岩等传统无机类保温材料，具有不易燃烧、高温不分解、导热系数低等优点，可大大提高保温性能并降低消防安全隐患。然而二氧化硅气凝胶材料在应用过程中也表现出了一些弊端。因为二氧化硅气凝胶制备过程中的表面疏水改性环节，在结构中引入了可燃的烷基有机基团，在材料受热燃烧过程中有机基团易分解燃烧，并释放出大量的热。这将导致二氧化硅气凝胶材料的热值比较大，已成为了制约二氧化硅气凝胶应用的一大难题。
技术实现思路
基本
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，本专利技术通过化学反应对二氧化硅气凝胶的化学结构进行了分子层面的设计和改造，通过脱甲基化，调控二氧化硅气凝胶中甲基基团的数量，减少有机物的燃烧，有效降低二氧化硅气凝胶燃烧的释热量，大大提高二氧化硅气凝胶的热稳定性和纯度，本专利技术的可控程度高，准确率高。本专利技术提出的一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入第一有机溶剂中，在惰性气体保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，过滤，取滤液得到溶液A；S2、向S1中得到的溶液A中加入碱性水溶液，萃取并取水相，用酸性水溶液调节pH＝6-7，加入第二有机溶剂，萃取并取有机相，然后除去第二有机溶剂，干燥。优选地，S1中，在脱甲基化反应过程中，升温至30-100℃，搅拌5-10h，然后降温至1-5℃进行过滤。优选地，S1中，二氧化硅气凝胶的比表面积为600-1000m2/g，孔容为2-5cm3/g，接触角为140-160°，孔隙率为90-99.8％，密度为0.05-0.1g/mL，导热系数为0.018-0.024W/(m·K)。优选地，S1中，第一有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇、丙酮、正己烷、正庚烷或辛烷中的一种或两种以上组成的混合溶剂。优选地，S1中，二氧化硅气凝胶和脱甲基剂的重量摩尔(g/mmol)比为1：0.8-3.5。优选地，S1中，脱甲基剂溶液中的溶剂为二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳或乙酸乙酯中的一种或两种以上组成的混合溶剂。优选地，S1中，脱甲基剂溶液中的溶剂为二氯甲烷。优选地，S1中，惰性气体为氮气。优选地，S1中，脱甲基剂为MX3和MIn组成的混合物，其中，M为金属元素或硼元素，X为卤族元素，I为碘元素，n为1或2。优选地，脱甲基剂溶液中，MX3和MIn的浓度之和为0.5-2mol/L。优选地，MX3与MIn的摩尔比为1：0.5-3。优选地，MX3与MIn的摩尔比为1：0.8-1.3。优选地，MX3为三溴化硼、三氯化硼或三氯化铝中的一种。优选地，MIn为碘化镁、碘化钾或碘化钠中的一种。优选地，MIn为碘化钠。优选地，S2中，在萃取并取水相过程中，共萃取3-5次，合并水相。优选地，S2中，在萃取并取有机相过程中，共萃取3-5次，合并有机相。优选地，S2中，在除去第二有机溶剂过程中，采用旋转蒸发的方法除去第二有机溶剂。优选地，S2中，在干燥过程中，升温至40-60℃，干燥3-6h，升温至90-150℃，干燥6-10h。优选地，S2中，碱性水溶液的浓度为0.5-2mol/L。优选地，S2中，碱性水溶液的溶质为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠或碳酸钾中的一种。优选地，S2中，酸性水溶液的溶质为盐酸或冰醋酸中的一种。优选地，S2中，第二有机溶剂为二氯甲烷、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇、丙酮、苯、正己烷、正庚烷或辛烷中的一种。上述S1中，第一有机溶剂的作用是溶解二氧化硅气凝胶，不规定其用量，根据具体操作决定其用量。上述S2中，酸性水溶液的作用是调节pH值，不规定其浓度，根据具体操作确定其浓度。上述S2中，碱性水溶液和第二有机溶剂的作用是萃取，不规定其用量，根据具体操作确定其用量。本专利技术的反应机理如下：在疏水二氧化硅气凝胶中，①号硅原子周围全部是直接与氧原子连接的供电基团，正电性较弱，②号硅原子直接与三个碳原子相连接，相对的正电性比较强，所以②号硅原子与氧原子形成的Si-O键极性强，活性较强；亲核试剂，如I-，会进攻②号硅原子，亲电试剂，如Al3+，会进攻氧原子，在亲核试剂和亲电试剂共同进攻的作用下，导致Si-O键断裂形成两部分，一部分是在二氧化硅气凝胶表面以正电离子包围的负氧离子，另一部分是以负电离子包围的甲基硅离子；这两种都是不稳定态，二氧化硅气凝胶表面的负氧离子，在酸性条件下与H+结合，形成稳定的羟基；脱离出的甲基硅离子与亲核试剂，如I-，形成三甲基碘硅烷产物，从而达到二氧化硅气凝胶脱甲基化的目的。本专利技术通过化学反应对二氧化硅气凝胶的化学结构进行了分子层面的设计和改造，通过脱甲基化，调控二氧化硅气凝胶中甲基基团的数量，能在保证二氧化硅气凝胶结构特性不受影响的同时，减少有机物的燃烧，有效降低二氧化硅气凝胶燃烧的释热量，大大提高二氧化硅气凝胶的热稳定性和纯度，是一种制备高纯度和低热值二氧化硅气凝胶的新技术；通过调控脱甲基试剂的用量来调控二氧化硅气凝胶中脱去的甲基数量，这种方法可控程度高，准确率高；并且本专利技术操作简便，反应条件温和，易于实现。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入第一有机溶剂中，在惰性气体保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，过滤，取滤液得到溶液A；S2、向S1中得到的溶液A中加入碱性水溶液，萃取并取水相，用酸性水溶液调节pH＝6-7，加入第二有机溶剂，萃取并取有机相，然后除去第二有机溶剂，干燥。实施例2一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入乙醇、甲醇、异丙醇组成的混合溶剂中，在氮气保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，在脱甲基化反应过程中，升温至100℃，搅拌5h，然后降温至3℃，过滤，取滤液得到溶液A，其中，二氧化硅气凝胶和脱甲基剂的重量摩尔(g/mmol)比为1：0.8，脱甲基剂溶液中的溶剂为苯、甲苯、二甲苯组成的混合溶剂，脱甲基剂为三溴化硼和碘化镁组成的混合物，其中，三溴化硼和碘化镁的摩尔比为1：3，脱甲基剂溶液中，三溴化硼和碘化镁的浓度之和为0.5mol/L；S2、向S1中得到的溶液A中加入浓度为0.5mol/L碳酸钾水溶液，萃取并取水相，用盐酸水溶液调节pH＝7，加入乙醇，萃取并取有机相，然后旋转蒸发除去乙醇，干燥。实施例3一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入乙二醇、正丁醇、丙酮组成的混合溶剂中，在氮气保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，在脱甲基化反应过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入第一有机溶剂中，在惰性气体保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，过滤，取滤液得到溶液A；S2、向S1中得到的溶液A中加入碱性水溶液，萃取并取水相，用酸性水溶液调节pH＝6‑7，加入第二有机溶剂，萃取并取有机相，然后除去第二有机溶剂，干燥。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，包括步骤如下：S1、取二氧化硅气凝胶加入第一有机溶剂中，在惰性气体保护氛围中，搅拌溶解，加入脱甲基剂溶液进行脱甲基化反应，过滤，取滤液得到溶液A；S2、向S1中得到的溶液A中加入碱性水溶液，萃取并取水相，用酸性水溶液调节pH＝6-7，加入第二有机溶剂，萃取并取有机相，然后除去第二有机溶剂，干燥。2.根据权利要求1所述二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，S1中，在脱甲基化反应过程中，升温至30-100℃，搅拌5-10h，然后降温至1-5℃进行过滤。3.根据权利要求1或2所述二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，S1中，二氧化硅气凝胶的比表面积为600-1000m2/g，孔容为2-5cm3/g，接触角为140-160°，孔隙率为90-99.8％，密度为0.05-0.1g/mL，导热系数为0.018-0.024W/(m·K)。4.根据权利要求1-3任一项所述二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，S1中，第一有机溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇、丙酮、正己烷、正庚烷或辛烷中的一种或两种以上组成的混合溶剂。5.根据权利要求1-4任一项所述二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，S1中，二氧化硅气凝胶和脱甲基剂的重量摩尔(g/mmol)比为1：0.8-3.5。6.根据权利要求1-5任一项所述二氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，其特征在于，S1中，脱甲基剂溶液中的溶剂为二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳或乙酸乙酯中的一种或两种以上组成的混合溶剂；优选地，S1中，脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽艳，刘忠，程旭东，龚伦伦，李治，
申请(专利权)人：伊科纳诺北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11