利用模具制备气凝胶的方法及其气凝胶技术

本发明专利技术涉及气凝胶制备领域，公开了一种利用模具制备气凝胶的方法及其气凝胶，其中，该方法包括以下步骤：(1)将模具上下加压密封，形成临时的高压容器；(2)通过模具注入孔向模具内注入溶胶或溶胶前驱体；(3)将模具内溶胶加热使其达到超临界态，形成超临界溶胶；(4)将所述超临界溶胶保温保压使其凝胶，形成为超临界凝胶；(5)将模具内超临界流体从模具排气孔排出；(6)脱模。该方法不同于传统快速超临界法通常需要在常规的高压容器内实现，无需常规的高压容器繁琐的开盖闭盖环节，便能够快速生成无收缩无开裂的特定形状气凝胶。

【技术实现步骤摘要】
利用模具制备气凝胶的方法及其气凝胶
本专利技术涉及气凝胶制备领域，具体地涉及一种利用模具制备气凝胶的方法及其气凝胶。
技术介绍
气凝胶是一种非常好的绝热材料，室温导热系数可低至0.013w/(m·k)，且透光率可达80％以上。然而，由于气凝胶在干燥过程中收缩率较大，难以做到特定形态、尺寸、且无开裂的气凝胶。目前，根据气凝胶干燥方法，分为两大类方法：超临界干燥和常压干燥。常压干燥必定会伴随着凝胶的收缩，因此常压方法不适用于制作特定形态的气凝胶。超临界干燥法理论上应该是能够制备出无收缩的气凝胶，然而在实际制作的气凝胶与原始凝胶相比往往还是伴随着5-20％的体积收缩。这种收缩主要是由于溶剂置换程度(超临界CO2干燥)，溶剂达到超临界之前的蒸发和高温下凝胶骨架较常温下发生反应收缩(超临界醇干燥)等原因。开裂的原因主要是孔隙均匀度不够，凝胶骨架强度不够，从而导致干燥过程发生中应力集中破坏凝胶骨架。现有制作收缩率极低且不开裂的大块气凝胶(尺幅大于25cm×25cm)往往需要使用超临界CO2干燥，增加置换次数，添加干燥控制化学添加剂控制凝胶孔径均匀度，加长凝胶陈化时间等多种手段。不过，上述方法耗时过长，成品率不高，不适合工业化生产。凝胶在干燥过程中可能收缩根本原因主要是在某个时间段凝胶之中存在非超临界态的液体。若溶胶在超临界流体之中凝胶，再直接排除凝胶中的超临界流体，便可从根本上解决凝胶会干燥收缩的问题。该技术路线能够被快速超临界法实现。快速超临界法是将溶剂加入高压容器中之后，快速对容器加温，使内部溶胶在高温下快速凝胶陈化并且溶剂同时达到超临界态，最后排除超临界流体即可。快速超临界法理论上不需要长时间陈化、置换等一系列步骤，可以实现快速生成无收缩无开裂的大块气凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种利用模具制备气凝胶的方法及其气凝胶，该方法不同于传统快速超临界法通常需要在常规的高压容器内实现，无需常规的高压容器繁琐的开盖闭盖环节，便能够快速生成无收缩无开裂的特定形状气凝胶。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种利用模具制备气凝胶的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将模具上下加压密封，形成临时的高压容器；(2)通过模具注入孔向模具内注入溶胶或溶胶前驱体；(3)将模具内溶胶加热使其达到超临界态，形成超临界溶胶；(4)将所述超临界溶胶保温保压使其凝胶，形成为超临界凝胶；(5)将模具内超临界流体从模具排气孔排出；(6)脱模。本专利技术第二方面提供了一种由上述所述方法制备得到的气凝胶，其中，所述气凝胶的体积收缩率为0-1％，比表面积为400-1000m2/g。通过上述技术方案，本专利技术提供的利用模具制备气凝胶的方法，该方法在密封的模具中，使溶胶在形成超临界凝胶之前，将其加热加压制备超临界流体，然后溶胶在超临界流体中反应形成超临界凝胶，陈化之后排出超临界流体，最后给模具降温，卸压，打开模具，便能够快速生成无收缩无开裂的特定形状气凝胶。附图说明图1为本专利技术的单层三组分模具摆放的示意图；图2为本专利技术的单层两组分模具摆放的示意图；图3为本专利技术的多层三组分模具摆放的示意图；图4为本专利技术的多层两组分模具摆放的示意图。附图标记说明101液压机平台102上模具103密封层104中模具105下模具201上模具202密封层203下模具301模具单元301(密封层103+中模具104+密封层103+下模具105)401模具单元401(上模具201+密封层202)具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术第一方面提供了一种利用模具制备气凝胶的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将模具上下加压密封，形成临时的高压容器；(2)通过模具注入孔向模具内注入溶胶或溶胶前驱体；(3)将模具内溶胶加热使其达到超临界态，形成超临界溶胶；(4)将所述超临界溶胶保温保压使其凝胶，形成为超临界凝胶；(5)将模具内超临界流体从模具排气孔排出；(6)脱模。根据本专利技术，所述模具可以为热压注塑形模具，优选地，所述模具具有至少一个注入孔和至少一个排气孔，可以注入溶胶或前驱体以及排除气体；更优选地，所述模具具有1-4个注入孔和1-4个排气孔。根据本专利技术，优选情况下，为了去除模具内原有空气，需要先向模具内通入二氧化碳和/或氮气，然后再打开排气孔排出二氧化碳和/或氮气。之后才可以向模具中注入溶胶或溶胶前驱体。根据本专利技术，所述注入的溶胶或溶胶前驱体的量占模具内体积的20％-110％，优选为40％-100％。根据本专利技术，可以采用液压机对模具上下加压从而密封模具，形成一个临时的高压容器，临时构建高压容器可由液压机平台101、上模具102、密封层103，中模具104，下模具105按照图1的样式摆放，其中，图1为本专利技术的单层三组分模具摆放的示意图；以及模具还可以由上模具201，密封层202，下模具203按照图2的样式摆放，其中，图2为本专利技术的单层两组分模具摆放的示意图。优选情况下，液压机对模具上下加压使得所述模具水平截面内压力不小于分散剂临界压力，更优选地，液压机对模具上下加压使得所述模具水平截面内压力为分散剂临界压力的1-8倍。根据本专利技术，采用液压机对模具上下加压的方式密封模具；优选地，所述液压机中的模具的数量至少为一件，如果为了提高生产效率，液压机中的模具可以叠加，变为多层，且能够同时生产，例如，优选为1-12件，更优选为3-6件。当同时需要制备多组气凝胶材料时，如图3所示摆放，图3为本专利技术的多层三组分模具摆放的示意图，其中，密封层103，中模具104，密封层103和下模具105构成一个单元301，单元301重复摆放便可实现同时制备多组气凝胶材料；以及当同时需要制备多组气凝胶材料时，如图4所示摆放，图4为本专利技术的实施例5的多层两组分模具摆放的示意图，其中，上模具201，密封层202可以构成一个单元401，单元401重复摆放便可实现同时制备多组气凝胶材料；当同时需要制备多组气凝胶材料时，还可以按照密封层301，下模具301构成一个单元501，单元501重复摆放便可实现同时制备多组气凝胶材料。根据本专利技术，采用密封条密封模具，所述密封条可以为金属箔、耐高温高分子材料薄膜和石墨纸中的一种或多种；优选地，所述金属箔为铝、铜、银、金、铂及其合金中的一种或多种；所述耐高温高分子材料薄膜为聚酰亚胺薄膜和/或聚醚醚酮薄膜；所述石墨纸为厚度为0.1-3mm的柔性石墨。根据本专利技术，所述溶胶的骨架成分可以为氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钇、氧化锂、氧化钴、氧化铪、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化钒、氧化镍、氧化锌、氧化铬、氧化铁、氧化锰和氧化锡中的一种或多种。根据本专利技术，所述溶胶前驱体可以为硅、铝、钛、锆、钇、锂、钴、铪、镁、钙、铜、钒、镍、锌、铬、铁、锰和锡的醇盐、氯盐、硝酸盐以及甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。根据本专利技术，所述溶胶中的分散剂可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇及其同分异构体、己醇及其同分异构体、丙酮中的一种或多种。根据本专利技术，由于模具需要保持一定的温度，使模具内溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用模具制备气凝胶的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将模具上下加压密封，形成临时的高压容器；(2)通过模具注入孔向模具内注入溶胶或溶胶前驱体；(3)将模具内溶胶加热使其达到超临界态，形成超临界溶胶；(4)将所述超临界溶胶保温保压使其凝胶，形成为超临界凝胶；(5)将模具内超临界流体从模具排气孔排出；(6)脱模。

【技术特征摘要】
1.一种利用模具制备气凝胶的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将模具上下加压密封，形成临时的高压容器；(2)通过模具注入孔向模具内注入溶胶或溶胶前驱体；(3)将模具内溶胶加热使其达到超临界态，形成超临界溶胶；(4)将所述超临界溶胶保温保压使其凝胶，形成为超临界凝胶；(5)将模具内超临界流体从模具排气孔排出；(6)脱模。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具为热压注塑形模具，优选地，所述模具具有至少一个注入孔和至少一个排气孔。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，采用液压机对模具上下加压的方式密封模具；优选地，所述液压机中的模具的数量至少为一件，优选为1-12件；优选地，液压机对模具上下加压使得所述模具水平截面内压力不小于分散剂临界压力，更优选地，液压机对模具上下加压使得所述模具水平截面内压力为分散剂临界压力的1-8倍。4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，采用密封条密封模具，所述密封条为金属箔、耐高温高分子材料薄膜和石墨纸中的一种或多种；优选地，所述金属箔为铝、铜、银、金、铂及其合金中的一种或多种；所述耐高温高分子材料薄膜为聚酰亚胺薄膜和/或聚醚醚酮薄膜；所述石墨纸为厚度为0.1-3mm的柔性石墨。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶胶的骨架成分为氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钇、氧化锂、氧化钴、氧化铪、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化钒、氧化镍、氧化锌、氧化铬、氧化铁、氧化锰和氧化锡中的一种或多种；优选地，所述溶胶前驱体为硅、铝、钛、锆、钇、锂、钴、铪、镁、钙、铜、钒、镍、锌、铬、铁、锰和锡的醇盐、氯盐、硝酸盐以及甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶胶中的分散剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇及其同分异构体、己醇及其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢序，
申请(专利权)人：卢序，
类型：发明
国别省市：北京,11