一种含多烷氧基硅基苯化合物及杂化二氧化硅气凝胶制造技术

本发明专利技术属于气凝胶技术领域，具体是二氧化硅气凝胶技术领域，涉及一种含多烷氧基硅基苯化合物及杂化二氧化硅气凝胶。杂化二氧化硅气凝胶制备步骤包括，含多烷氧基硅基苯化合物、结构通式为R

A kind of poly alkoxy silyl benzene compound and hybrid silica aerogel

【技术实现步骤摘要】
一种含多烷氧基硅基苯化合物及杂化二氧化硅气凝胶
本专利技术涉及气凝胶
，具体是二氧化硅气凝胶
，涉及一种含多烷氧基硅基苯化合物及杂化二氧化硅气凝胶。
技术介绍
二氧化硅气凝胶由于其导热系数低、比表面积大、密度低等特点，在保温隔热领域、载体领域、吸附领域等具有巨大的潜在应用前景，目前由于其制备工艺较为苛刻、强度低等，还没有大规模的应用。业界开展了很多的研究，其中包括各种改性以提高其强度和选择不同的硅源，制备不同组成的二氧化硅气凝胶。CN106279694B披露了采用含烷氧基的笼型倍半硅氧烷化合物、含偶联剂型的笼型倍半硅氧烷和可水解的短链硅烷作为原料，制备了高比表面的杂化二氧化硅气凝胶，比表面积可达1000m2/g以上。但是该方法使用的原料含烷氧基的笼型倍半硅氧烷化合物和含偶联剂型的笼型倍半硅氧烷其制备原料目前也缺少大规模的生产，而且成本非常高，限制了该方法的应用。因此，迫切需要寻找到低成本的制备高比表面积的杂化二氧化硅气凝胶的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种杂化二氧化硅气凝胶，其比表面积较大，可达1000m2/g以上，而且制备原料都是工业上常规的原料，具有成本低的特点。本专利技术还有一个目的在于提供一种含多烷氧基硅基苯化合物，分子中含有多个可发生水解的烷氧基硅烷基团。本专利技术采用以下的技术方案：一种杂化二氧化硅气凝胶，按如下步骤制备，通式(1)～(4)的任意一个或几个含多烷氧基硅基苯化合物、通式为R5xMeySi(OR6)z的硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水混合，加入酸性溶液调节反应体系pH为2～3进行水解，再加入碱性物质调节反应体系pH为9～11进行缩合，获得湿凝胶；所述湿凝胶经过老化、溶剂置换、干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶；其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自甲基、乙基或异丙基，p和q为整数，且2≤p≤6，2≤q≤6，R5独立的选自C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、乙烯基或苯基，R6为甲基、乙基或异丙基，x+y+z＝4，0≤x≤1，0≤y≤1。优选的，所述硅烷偶联剂选自三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷和二烷氧基硅烷的组合物、三烷氧基硅烷和二烷氧基硅烷的组合物或四烷氧基硅烷和三烷氧基硅烷的组合物。更优选的方案中，三烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷，四烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷，二烷氧基硅烷选自二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基异丁基二甲氧基硅烷、甲基异丁基二乙氧基硅烷、甲基正辛基二甲氧基硅烷、甲基正辛基二乙氧基硅烷、甲基正己基二甲氧基硅烷、甲基正己基二乙氧基硅烷、甲基正十二烷基二甲氧基硅烷和甲基正十二烷基二乙氧基硅烷中的至少一种。优选的，所述含多烷氧基硅基苯化合物和硅烷偶联剂的摩尔比为1:(0.01～0.5)。更优选的，所述含多烷氧基硅基苯化合物和硅烷偶联剂的摩尔比为1:(0.05～0.4)。进一步优选的方案中，含多烷氧基硅基苯化合物和硅烷偶联剂的摩尔比为1:(0.1～0.03)。优选的，所述硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水的体积比为1:(5～500):(0.6～30)。优选的，所述酸性溶液选自稀硫酸溶液、稀盐酸溶液、稀硝酸溶液、草酸溶液和磷酸溶液中的一种。优选的，所述碱性物质选自氨水、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵和氢氧化钡中的至少一种。优选的，所述老化是置于30～60℃环境中24～72小时；所述溶剂置换采用的溶剂是无水乙醇。优选的，所述干燥为超临界干燥、冷冻干燥或常压干燥。本专利技术的杂化二氧化硅气凝胶可在催化剂载体、吸附材料、隔热材料等应用。本专利技术的有益效果是：(1)专利技术采用三乙烯基苯作为起始原料，制备了含多个可水解的三烷氧基硅基的化合物，烷氧基硅烷发生水解，每个三烷氧基硅基发生水解缩合可以形成一个网络结构，同时每个含多烷氧基硅基苯化合物上存在三个三烷氧基硅基基团，可以在三烷氧基硅基发生水解缩合形成的网络结构上进一步形成更多的网络结构，这样不但增加了杂化二氧化硅气凝胶的孔隙率，提高比表面积，而且强化了力学强度，具有一定的可压缩性。(2)本专利技术所用原料都为工业上常规的原料，原料包括1,2,3-三乙烯基苯、1,3,5-三乙烯基苯、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷等，具有来源丰富、成本低的特点，可以进行规模化生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1100g1,2,3-三乙烯基苯、390g三甲氧基硅烷和1000ml甲苯加入容器中，升温至90℃，氮气保护下加入Karstedt催化剂(按Pt量算为10ppm)，控制反应温度为115-120℃反应4小时。反应完蒸除溶剂后减压蒸除未反应的三甲氧基硅烷，获得327g1,2,3-三(三甲氧基硅基乙基)苯，GC测得纯度为97.3％。实施例2100g1,3,5-三乙烯基苯、630g三乙氧基硅烷和2000ml甲苯加入容器中，升温至90℃，氮气保护下加入Karstedt催化剂(按Pt量算为12ppm)，控制反应温度为115-120℃反应5小时。反应完蒸除溶剂后减压蒸除未反应的三乙氧基硅烷，获得407g1,3,5-三(三乙氧基硅基乙基)苯，GC测得纯度为97.8％。实施例3100g1,2,3-三乙烯基苯、570g3-巯基丙基三甲氧基硅烷、10g安息香丁醚和1000ml无水乙醇加入容器中，在主波长365nm，光强度8mW/cm的紫外光照射3分钟，撤除紫外光，蒸除无水乙醇、减压蒸除3-巯基丙基三甲氧基硅烷，获得471g1,2,3-三(三甲氧基硅基丙基硫杂乙基)苯，GC测得纯度为96.9％。实施例4100g1,3,5-三乙烯基苯、760g3-巯基丙基三乙氧基硅烷、15g安息香丁醚和1500ml无水乙醇加入容器中，在主波长365nm，光强度8mW/cm的紫外光照射3.5分钟，撤除紫外光，蒸除无水乙醇、减压蒸除3-巯基丙基三乙氧基硅烷，获得550g1,3,5-三(三乙氧基硅基丙基硫杂乙基)苯，GC测得纯度为97.1％。实施例5100g1,2,3-三(三甲氧基硅基乙基)苯、1.4ml甲基三甲氧基硅烷、400ml无水乙醇和20ml去离子水混合，加入浓度0.5mol/L盐酸溶液调节反应体系pH为2～2.5进行水解，再加入氨水调节反应体系pH为9～9.5进行缩合，获得湿凝胶；湿凝胶经过35℃老化60小时，无水乙醇置换，冷冻干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶1。实施例6100g1,3,5-三(三乙氧基硅基乙基)苯、1ml正硅酸乙酯、3.6ml甲基三乙氧基硅烷、350ml无水乙醇和15ml去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杂化二氧化硅气凝胶，其特征在于：按如下步骤制备，通式(1)～(4)的任意一个或几个含多烷氧基硅基苯化合物、通式为R

【技术特征摘要】
1.一种杂化二氧化硅气凝胶，其特征在于：按如下步骤制备，通式(1)～(4)的任意一个或几个含多烷氧基硅基苯化合物、通式为R5xMeySi(OR6)z的硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水混合，加入酸性溶液调节反应体系pH为2～3进行水解，再加入碱性物质调节反应体系pH为9～11进行缩合，获得湿凝胶；所述湿凝胶经过老化、溶剂置换、干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶；






其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自甲基、乙基或异丙基，p和q为整数，且2≤p≤6，2≤q≤6，R5独立的选自C1-C18的烷基、C1-C18的取代烷基、乙烯基或苯基，R6为甲基、乙基或异丙基，x+y+z＝4，0≤x≤1，0≤y≤1。


2.根据权利要求1所述的杂化二氧化硅气凝胶，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷和二烷氧基硅烷的组合物、三烷氧基硅烷和二烷氧基硅烷的组合物或四烷氧基硅烷和三烷氧基硅烷的组合物。


3.根据权利要求1所述的杂化二氧化硅气凝胶，其特征在于：所述含多烷氧基硅基苯化合物和硅烷偶联剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪永建，
申请(专利权)人：洪永建，
类型：发明
国别省市：福建;35