一种柔性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法技术

一种柔性聚硅氧烷气凝胶，密度为0.05～0.25g·cm

A flexible polysiloxane aerogel and its preparation method

A flexible polysiloxane aerogel with a density of 0.05 to 0.25g cm.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法
本专利技术属于气凝胶多孔材料制备领域，尤其涉及一种柔性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法。
技术介绍
二氧化硅气凝胶是一种具有三维纳米多孔结构的新材料，具有低密度(0.003～0.8g·cm-3)，高孔隙率(80～99.8％)，高比表面积(200～1000m2·g-1)，低热导率(～0.02W·m-1K-1)等性质，在航空航天、化工、节能建筑、军事、通讯、电子、冶金等应用领域有着十分广阔的前景。然而二氧化硅气凝胶并未得到广泛应用，这主要是因为二氧化硅气凝胶网络结构由单纯的刚性Si-O-Si键交联形成的三维网络结构，这种结构在外力作用下容易断裂破碎，结构坍塌，导致力学性能差。美国专利US7078359B2，US8214980B2和中国专利CN1803602A、CN101318659A、CN101671030A、CN101973752A采用纤维作为增强相来改善二氧化硅气凝胶的脆性。但是纤维直径比气凝胶孔径大得多，导致形成的网络结构不均匀，复合材料存在一定的缺陷。另外，增强相纤维材料与气凝胶基体的相容性也会影响材料的综合性能。美国Meador等人采用聚合物增强SiO2气凝胶，利用聚合物在SiO2粒子表面形成包覆层来改善气凝胶的力学性能，首先在SiO2凝胶表面修饰上特殊的官能团如氨基，通过溶剂交换后将修饰的凝胶浸入到某些有机单体的溶剂中，然后引发聚合和超临界干燥获得聚合物增强的SiO2气凝胶，如聚脲增强SiO2气凝胶、环氧增强SiO2气凝胶、聚苯乙烯增强SiO2气凝胶等。但该方法制备的气凝胶密度大(>0.4g·cm-3)，因此固相热传导作用较强，热导率较高(>0.04W·m-1·k-1)，气凝胶缺乏柔韧性。此外，气凝胶的制备通常采用超临界干燥，对设备要求高。常压干燥是最简单的干燥方法，但是常压干燥因存在毛细管力导致制备的气凝胶结构坍塌。为克服常压干燥存在的这一缺点，通常在常压干燥之间对凝胶的表面进行疏水改性和用低表面张力的有机溶剂进行置换。但是这种表面改性和溶剂置换的方法过程繁琐、效率低、溶剂消耗量大等问题。因此，仍然需要一种工艺简单、效率高的生产方法制备综合性能优异的气凝胶材料，推动气凝胶的规模化应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种柔性聚硅氧烷气凝胶，具有很好的柔性，具有较小的密度，网络结构比较均匀。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种柔性聚硅氧烷气凝胶，其特征在于所述气凝胶的密度为0.05～0.25g·cm-3，孔径分布为50～2000nm，压缩模量为0.02～0.15MPa，弯曲角度超过180°。所述气凝胶的接触角为150～178°。所述气凝胶可吸收自身质量6-30倍的有机液体，并通过挤压方式回收有机液体，能循环使用超过100次。本专利技术还提供一种制备柔性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其包括如下具体步骤：(1)将烷基三烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、三烷基烷氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水以摩尔比1:0.1～0.6:0.05～0.1:0.01～0.05:10～30的配比进行混溶得到透明溶液；(2)在透明溶液中加入氨水调节溶液pH值9-10形成凝胶，将所得凝胶在40-90℃老化4-24h；(3)将老化后的凝胶用去离子水浸泡，除去未反应的物质；(4)将浸泡好的凝胶进行常压干燥得到聚硅氧烷气凝胶。所述步骤(3)中去离子水浸泡凝胶，每次浸泡4-8h，浸泡3-5次。所述步骤(4)中干燥温度为60～120℃，干燥时间24-48h。步骤(1)中所述的烷基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。步骤(1)中所述的二烷基二烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷、二异丁基二乙氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、辛基甲基二乙氧基硅烷、环己基甲基二甲氧基硅烷、环己基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。步骤(1)中所述的三烷基硅烷为三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基苯氧基硅烷中的至少一种。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术的制备方法可以大幅度降低气凝胶的交联密度从而提高气凝胶的柔韧性；同时气凝胶材料骨架结构含有大量非水解的烷基基团，由于烷基基团在相互靠近的过程中能够产生斥力也可以赋予气凝胶优异的柔韧性。2.本专利技术的制备方法可以直接赋予气凝胶疏水性，不需要进行溶剂交换和表面改性步骤，制备效率大幅度提高；同时气凝胶具有大孔结构，能够大幅度降低常压产生的毛细管力，从而在常压干燥下获得低密度的完整块体气凝胶。附图说明图1是实施例1制备的聚硅氧烷气凝胶的微观形貌图。图2是实施例2制备的聚硅氧烷气凝胶的压缩回弹图。图3是实施例3制备的聚硅氧烷气凝胶的弯曲图。具体实施方式针对上述针对柔性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法的技术方案，现举实施例进行具体说明。本专利技术的制备柔性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其包括如下具体步骤：(1)将烷基三烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、三烷基烷氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水以摩尔比1:0.1～0.6:0.05～0.1:0.01～0.05:10～30的配比进行混溶得到透明溶液；(2)在透明溶液中加入氨水调节溶液pH值9-10形成凝胶，将所得凝胶在40-90℃老化4-24h；(3)将老化后的凝胶用去离子水浸泡，除去未反应的物质；(4)将浸泡好的凝胶进行常压干燥得到聚硅氧烷气凝胶。所述步骤(3)中去离子水浸泡凝胶，每次浸泡4-8h，浸泡3-5次。所述步骤(4)中干燥温度为60～120℃，干燥时间24-48h。步骤(1)中所述的烷基三烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。步骤(1)中所述的二烷基二烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷、二异丁基二乙氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、辛基甲基二乙氧基硅烷、环己基甲基二甲氧基硅烷、环己基甲基二乙氧基硅烷中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性聚硅氧烷气凝胶，其特征在于所述气凝胶的密度为0.05～0.25g·cm

【技术特征摘要】
1.一种柔性聚硅氧烷气凝胶，其特征在于所述气凝胶的密度为0.05～0.25g·cm-3，孔径分布为50～2000nm，压缩模量为0.02～0.15MPa，弯曲角度超过180°。


2.根据权利要求1所述的柔性聚硅氧烷气凝胶，其特征在于所述气凝胶的接触角为150～178°。


3.根据权利要求1所述的柔性聚硅氧烷气凝胶，其特征在于所述气凝胶可吸收自身质量6-30倍的有机液体，并通过挤压方式回收有机液体，能循环使用超过100次。


4.权利要求1或3任一所述柔性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)将烷基三烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、三烷基烷氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水以摩尔比1:0.1～0.6:0.05～0.1:0.01～0.05:10～30的配比进行混溶得到透明溶液；
(2)在透明溶液中加入氨水调节溶液pH值9-10形成凝胶，将所得凝胶在40-90℃老化4-24h；
(3)将老化后的凝胶用去离子水浸泡，除去未反应的物质；
(4)将浸泡好的凝胶进行常压干燥得到聚硅氧烷气凝胶。


5.权利要求3所述柔性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中去离子水浸泡凝胶，每次浸泡4-8h，浸泡3-5次。

【专利技术属性】
技术研发人员：云山，魏鹏，
申请(专利权)人：昆山达富久新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32