水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法技术

本发明专利技术涉及水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法；以工业级水玻璃为硅源，经溶胶‑凝胶反应形成纤维增强的SiO2湿凝胶，通过有机溶剂/修饰剂的混合液进行一步溶剂替换和表面基团改性后，常压干燥出SiO2复合气凝胶块体。本发明专利技术的纤维增强型SiO2气凝胶具有高比表面积(600～900m

Rapid preparation method of water glass based fiber reinforced SiO2 aerogel block

The invention relates to a rapid preparation method of water glass based fiber reinforced SiO2 aerogel block. The industrial grade sodium silicate is used as a silicon source to form a fiber reinforced SiO2 wet gel through sol gel reaction. After the one-step solvent replacement and the surface base group modification of the organic solvent / modifier mixture, the SiO2 composite aerogel block is dried at atmospheric pressure. The fiber reinforced SiO2 aerogel has high specific surface area (600 to 900m).

【技术实现步骤摘要】
水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法
本专利技术属于气凝胶类材料制备
，涉及水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法。
技术介绍
SiO2气凝胶作为一种特殊的纳米多孔材料具备很多优异的特性，如：低密度(～0.003g/cm3)、高表面积(500～1200m2/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低介电常数(k＝1.0-2.0)、低折射率(～1.05)和极低的热导率(0.005W/(mK))等。由于本身的上述性质，SiO2气凝胶已经成功应用于探测器、声阻抗耦合材料、催化剂及载体、高效隔热材料及制备高效可充电电池等。但是，纯SiO2气凝胶网络骨架非常脆弱，机械强度低，韧性差，限制其在保温隔热领域的应用。超临界干燥方式在制备流程上也存在诸多的缺点，如：危险大、耗能高、设备复杂并且难以实现规模化的连续性生产。部分学者尝试用正硅酸四乙酯(TEOS)等有机硅源，在常温下通过常压干燥制技术获得SiO2气凝胶，该产品虽然性能优异，但是有机硅源价格昂贵且有毒性，成本较高且污染环境，较难推动气凝胶的产业化生产和应用。同时，常压干燥过程中溶剂替换周期长、表面修饰工艺繁琐、溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将SiO2溶胶与玻璃纤维置于水热反应容器中20‑30℃下恒温4‑8小时，冷却到10‑25℃，得到纤维复合SiO2溶胶；S2、所述纤维复合SiO2溶胶超声振动5‑10分钟后，20‑30℃下快速形成纤维复合SiO2湿凝胶；S3、使用有机溶剂/无机硅源的混合液覆盖所述纤维复合SiO2湿凝胶，使其在20‑30℃下老化5‑7小时；S4、将老化后的纤维复合SiO2湿凝胶浸泡于硅氧烷剂/有机溶剂/盐酸的混合液中进行溶剂替换和表面修饰；S5、表面修饰后的纤维复合SiO2湿凝胶20‑30℃干燥1‑3小时，缓慢升温...

【技术特征摘要】
1.一种水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将SiO2溶胶与玻璃纤维置于水热反应容器中20-30℃下恒温4-8小时，冷却到10-25℃，得到纤维复合SiO2溶胶；S2、所述纤维复合SiO2溶胶超声振动5-10分钟后，20-30℃下快速形成纤维复合SiO2湿凝胶；S3、使用有机溶剂/无机硅源的混合液覆盖所述纤维复合SiO2湿凝胶，使其在20-30℃下老化5-7小时；S4、将老化后的纤维复合SiO2湿凝胶浸泡于硅氧烷剂/有机溶剂/盐酸的混合液中进行溶剂替换和表面修饰；S5、表面修饰后的纤维复合SiO2湿凝胶20-30℃干燥1-3小时，缓慢升温至60～150℃，维持至所述纤维复合SiO2湿凝胶孔洞内的液体挥发完全，自然冷却，即得所述纤维增强型SiO2气凝胶块体。2.根据权利要求1所述的水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述SiO2溶胶是通过如下方法制备而得：将工业级水玻璃与去离子水按照摩尔比为0.015～0.03混合搅拌；室温下，将混合液通过充满强酸性苯乙烯阳离子交换树脂的交换柱，去除水玻璃中存在的钠、钾以及其他阳离子，交换处理后的溶液呈酸性，pH值范围在2～4；随后加入浓度为0.1mol/L的碱性试剂调节pH值至5.5～7.0，形成SiO2溶胶。3.根据权利要求1所述的水玻璃基纤维增强型SiO2气凝胶块体的快速制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述纤维复合SiO2溶胶中玻璃纤维质量分数为5～20wt％。4.根据权利要求1所述的水玻璃基纤维增强型SiO2气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光武，薛敏钊，刘燕刚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31