杂化二氧化硅气凝胶的制备方法及杂化二氧化硅气凝胶技术

本发明专利技术属于气凝胶技术领域，具体是杂化二氧化硅气凝胶的制备方法及杂化二氧化硅气凝胶，将氧化钨凝胶加入到二氧化硅溶胶中后进行缩合，获得的杂化凝胶经过老化、溶剂置换、表面改性、超临界或冷冻干燥后获得氧化钨杂化的二氧化硅气凝胶。本发明专利技术充分发挥了氧化钨的隔热性能，通过形成凝胶的形式和二氧化硅形成杂化气凝胶，降低了气凝胶在高温下的导热系数，具有较好的高温隔热性能。

【技术实现步骤摘要】
杂化二氧化硅气凝胶的制备方法及杂化二氧化硅气凝胶
本专利技术涉及二氧化硅
，具体是杂化二氧化硅气凝胶的制备方法及杂化二氧化硅气凝胶。
技术介绍
二氧化硅气凝胶是一类新型的纳米材料，99％左右的体积都是空气，具有比表面积高、密度低、导热系数低等特点，在绝缘保温材料领域有巨大的潜在应用。二氧化硅气凝胶在室温的导热系数比空气还低，可低至0.013W/(m·k)，但是在高温下由于对2.5～8μm的近红外辐射几乎全透过，导热系数迅速升高，在400℃时导热系数为0.020W/(m·k)，500℃时导热系数为0.025W/(m·k)，650℃时导热系数达到0.035W/(m·k)。为了降低二氧化硅气凝胶在高温下的导热系数，一种有效的办法是在气凝胶中加入遮光剂，比如炭黑、二氧化钛、碳化硅、氧化铝等。CN102091589B公开了一种SiO2-WO3复合气凝胶及其制备方法，先分别制备钨酸溶液和硅酸溶液，再复配在一起制备溶胶-凝胶，最终获得SiO2-WO3复合气凝胶。该方法中气凝胶的三维结构由SiO2和WO3组成，不能发挥出氧化钨的隔热作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供杂化二氧化硅气凝胶的制备方法，先制备氧化钨凝胶，再与二氧化硅溶胶混合后加碱水解，获得杂化湿凝胶，经过老化、溶剂置换、表面处理和干燥后，获得杂化二氧化硅气凝胶。本专利技术还有一个目的在于提供杂化二氧化硅气凝胶，在高温下具有较低的导热系数。本专利技术采用以下的技术方案：本专利技术先将六氯化钨进行水解获得氧化钨溶胶后，再凝胶化获得氧化钨凝胶，氧化钨凝胶粉碎获得细颗粒氧化钨湿凝胶。同时，通过常规的溶胶-凝胶方法获得二氧化硅溶胶。将获得的细颗粒氧化钨湿凝胶加入到二氧化硅溶胶中，再进行缩合，获得氧化钨杂化的二氧化硅凝胶，经过老化、溶剂置换、表面处理和干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的杂化二氧化硅气凝胶在室温和高温下都具有较低的导热系数，室温下的导热系数为0.013～0.015W/(m·k)，与常规的二氧化硅气凝胶的室温导热系数差不多；但是650℃的导热系数可低至0.022～0.025W/(m·k)，与常规的二氧化硅气凝胶在650℃的导热系数相比，能降低26～35％。(2)本专利技术通过先制备氧化钨湿凝胶的方法，这样获得的杂化二氧化硅气凝胶中的氧化钨也具有气凝胶的结构，增加了杂化二氧化硅气凝胶中氧化钨的比表面积和在二氧化硅气凝胶中的分散，对减少高温下的热辐射，降低导热系数有利。(3)本专利技术的细颗粒氧化钨凝胶和二氧化硅溶胶可以同步进行，因此节省工艺时间，提高生产效率。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。如无特别指明，以下实施方式中的份数都为重量份数。实施方式杂化二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤，S1、制备细颗粒氧化钨湿凝胶：将六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(8～50):(8～40)混合，加入酸进行水解，获得氧化钨溶胶；所述氧化钨溶胶置于50～80℃中，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得细颗粒氧化钨凝胶；S2、制备二氧化硅溶胶：将硅源、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(5～20):(4～10)混合，加入酸进行水解，获得二氧化硅溶胶；S3、制备杂化二氧化硅气凝胶：将步骤S1获得的细颗粒氧化钨凝胶加入到步骤S2获得的二氧化硅溶胶中，混合均匀，加入碱进行缩合，获得杂化湿凝胶；所述杂化湿凝胶置于30～80℃中老化，无水乙醇置换，表面改性，干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶。步骤S1中加入酸后反应体系的pH为2～4，所用酸可以是稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、草酸溶液、磷酸等。步骤S2中加入酸后反应体系pH为2～4，所用酸可以是稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、草酸溶液、磷酸等。步骤S3中加入碱后反应体系pH为9～11，所用碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、氨水等。优选的，步骤S1中所述细颗粒氧化钨凝胶的粒径低于1μm。更优选的，所述细颗粒氧化钨凝胶的粒径低于0.5μm。优选的，步骤S2中所述硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。优选的，步骤S3中所述细颗粒氧化钨凝胶和二氧化硅溶胶的重量比为(0.01～0.3):1。更优选的，所述细颗粒氧化钨凝胶和二氧化硅溶胶的重量比为(0.05～0.25):1。进一步优选的，所述细颗粒氧化钨凝胶和二氧化硅溶胶的重量比为(0.1～0.22):1。优选的，步骤S3中所述表面改性所用的改进剂为三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷的正己烷溶液。优选的，步骤S3中所述干燥为超临界干燥或冷冻干燥。上述任一项实施方案所述的制备方法获得的杂化二氧化硅气凝胶。实施例1六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:10:9混合，加入1mol/L稀盐酸调节pH3.5进行水解，获得氧化钨溶胶，氧化钨溶胶置于70℃进行凝胶化，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得粒径不超过0.6μm的细颗粒氧化钨凝胶1。实施例2六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:15:12混合，加入1mol/L草酸溶液调节pH3.0进行水解，获得氧化钨溶胶，氧化钨溶胶置于60℃进行凝胶化，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得粒径不超过0.2μm的细颗粒氧化钨凝胶2。实施例3六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:12:8混合，加入1mol/L草酸溶液调节pH3.0进行水解，获得氧化钨溶胶，氧化钨溶胶置于80℃进行凝胶化，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得粒径不超过0.1μm的细颗粒氧化钨凝胶3。实施例4正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:6:4混合，加入1mol/L稀盐酸调节pH3.0进行水解，获得二氧化硅溶胶1；1.5份细颗粒氧化钨凝胶1加入到100份二氧化硅溶胶1中，混合均匀，加入氨水调节pH10.0进行缩合，获得杂化湿凝胶，杂化湿凝胶置于60℃中老化50小时，无水乙醇置换2次，用200g/L的三甲基氯硅烷正己烷溶液进行表面改性，超临界二氧化碳干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶1。实施例5正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:7:4.5混合，加入1mol/L草酸溶液调节pH3.0进行水解，获得二氧化硅溶胶2；5份细颗粒氧化钨凝胶2加入到100份二氧化硅溶胶2中，混合均匀，加入氨水调节pH9.5进行缩合，获得杂化湿凝胶，杂化湿凝胶置于65℃中老化45小时，无水乙醇置换2次，用200g/L的三甲基氯硅烷正己烷溶液进行表面改性，超临界二氧化碳干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶2。实施例6三甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:5.5:4混合，加入1mol/L稀盐酸调节pH3.0进行水解，获得二氧化硅溶胶3；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.杂化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，/nS1、制备细颗粒氧化钨湿凝胶：将六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(8～50):(8～40)混合，加入酸进行水解，获得氧化钨溶胶；所述氧化钨溶胶置于50～80℃中，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得细颗粒氧化钨凝胶；/nS2、制备二氧化硅溶胶：将硅源、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(5～20):(4～10)混合，加入酸进行水解，获得二氧化硅溶胶；/nS3、制备杂化二氧化硅气凝胶：将步骤S1获得的细颗粒氧化钨凝胶加入到步骤S2获得的二氧化硅溶胶中，混合均匀，加入碱进行缩合，获得杂化湿凝胶；所述杂化湿凝胶置于30～80℃中老化，无水乙醇置换，表面改性，干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.杂化二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、制备细颗粒氧化钨湿凝胶：将六氯化钨、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(8～50):(8～40)混合，加入酸进行水解，获得氧化钨溶胶；所述氧化钨溶胶置于50～80℃中，获得氧化钨凝胶，粉碎，获得细颗粒氧化钨凝胶；
S2、制备二氧化硅溶胶：将硅源、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:(5～20):(4～10)混合，加入酸进行水解，获得二氧化硅溶胶；
S3、制备杂化二氧化硅气凝胶：将步骤S1获得的细颗粒氧化钨凝胶加入到步骤S2获得的二氧化硅溶胶中，混合均匀，加入碱进行缩合，获得杂化湿凝胶；所述杂化湿凝胶置于30～80℃中老化，无水乙醇置换，表面改性，干燥，获得杂化二氧化硅气凝胶。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述细颗粒氧化钨凝胶的粒径低于1μm。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述细颗粒氧化钨凝胶的粒径低于0.5μm。


4....

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