一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法，该SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法包括如下步骤：使液态前驱体在凝固状态的有机溶剂中进行交联固化，然后进一步经过脱有机溶剂处理、烧结处理，制得SiOC气凝胶材料。本发明专利技术提出的“使液态前驱体在凝固状态的有机溶剂内进行交联固化”的方式，使SiOC陶瓷气凝胶的制备由现有技术中的“溶质骨架支撑溶剂”改进成“固体骨架与凝固状态的有机溶剂相互支撑”，从而能降低SiOC陶瓷气凝胶材料的固含量，大大提高了气凝胶材料成型的良品率。另外，本发明专利技术提出的SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法采取了基于紫外光引发的交联固化方式，极大地缩短了交联固化时间，提高了SiOC陶瓷气凝胶材料的制备效率，适宜工业化生产。适宜工业化生产。适宜工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气凝胶材料
，尤其涉及一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶材料是一种立体网状结构的多孔材料，具有非常低的密度、非常高的比表面积、非常好的隔热性能，在储能、吸波、生物医学、化学催化、热管理、电磁效应等领域均有广泛的应用。尤其在热管理领域，气凝胶材料被广泛认为是最佳的固体隔热物质。
[0003]目前研究比较广泛的主要还是二氧化硅气凝胶材料、纤维素气凝胶材料、有机高分子聚合物气凝胶材料和石墨烯气凝胶材料等。这些气凝胶材料的制备方法由溶胶凝胶过程和干燥处理工艺组成。为防止凝胶干燥过程中微孔结构产生的毛细力而导致的塌陷，通常采用超临界干燥、缓速环境干燥、冷冻干燥等干燥工艺，得到具有多孔结构的气凝胶材料。
[0004]前驱体陶瓷是指含硅、氢、碳、氧、氮等元素的高交联度聚合物在一定气氛和一定加热条件下裂解得到的均匀稳定的非晶陶瓷。前驱体陶瓷的烧结温度低，不需要添加烧结助剂，而且具有优异的耐高温抗氧化性能，因此在各个领域得到广泛应用。
[0005]SiOC陶瓷可以看作是SiO2网络中的氧原子部分被碳原子取代的产物。然而通常制备的SiOC陶瓷是SiOC和C的混合物。SiOC陶瓷的力学性能优于SiO2的同时，其富含的C元素在远红外加热、电磁波吸收，热管理等领域也发挥了重要作用。
[0006]目前，制备SiOC气凝胶材料的现有技术是使溶质在液态溶剂中交联形成网络；但是，由于交联后的固态溶质需要撑起整个液态溶剂，从而导致了低固含量SiOC气凝胶的发展受到限制。另外，上述现有技术的凝胶过程缓慢，常需数小时的交联与数十小时的老化，较长时间的凝胶过程也进一步限制了其推广应用。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法，主要目的在于制备一种低固含量的SiOC陶瓷气凝胶材料，且制备工艺简单、制备周期短。
[0008]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0009]一方面，本专利技术的实施例提供一种SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0010]步骤1)：将含多个巯基的含Si有机物、含多个乙烯基的含Si有机物、光引发剂、自由基清除剂进行混合，得到液态前驱体；
[0011]步骤2)：将所述液态前驱体与有机溶剂混合，得到混合液(前驱体溶液)；将所述混合液置于有机溶剂凝固点以下的环境中，使所述有机溶剂冷冻凝固，得到冷冻样；
[0012]步骤3)：对所述冷冻样进行紫外辐照，在所述有机溶剂保持凝固的状态下，使所述冷冻样中的液态前驱体进行交联固化，得到交联固化样；
[0013]步骤4)：对所述交联固化样进行脱有机溶剂处理，得到SiOC前驱体气凝胶；
[0014]步骤5)：对所述SiOC前驱体气凝胶进行烧结处理，得到SiOC陶瓷气凝胶。
[0015]优选的，在所述步骤1)中：所述含多个巯基的含Si有机物为含多个巯基的含Si低聚物或含多个巯基的含Si有机单体；优选的，所述含多个巯基的含Si有机物选用(巯基)甲基硅氧烷
‑
二甲基硅氧烷共聚物、3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷、(巯基丙基)甲基硅氧烷均聚物中的一种或几种；优选的，所述含多个巯基的含Si物的分子量为100
‑
40000。
[0016]优选的，在所述步骤1)中：所述含多个乙烯基的含Si有机物为含多个乙烯基的含Si低聚物或含多个乙烯基的含Si有机单体；优选的，所述含多个乙烯基的含Si有机物选用二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷的嵌段共聚物、乙烯基聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的聚苯基硅氧烷、乙烯基甲氧基硅氧烷均聚物、甲基
‑
乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)中的一种或几种；优选的，所述含多个乙烯基的含Si有机物的分子量为100
‑
40000。
[0017]优选的，在所述液体前驱体中，所述含多个巯基的含Si有机物的含量和所述含多个乙烯基的含Si有机物的含量满足：巯基与乙烯基的摩尔比为1:0.3
‑
3。
[0018]优选的，所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮、1
‑
羟基环己基苯基甲酮、2
‑
甲基
‑2‑
(4
‑
吗啉基)
‑1‑
[4
‑
(甲硫基)苯基]‑1‑
丙酮、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或几种。
[0019]优选的，在所述所述液态前驱体中，所述光引发剂的质量分数为0.05
‑
1％。
[0020]优选的，所述自由基清除剂为2,6
‑
二叔丁基对甲基苯酚、癸二酸双(1,2,2,6,6
‑
五甲基哌啶醇)酯、二甲苯基二丁基苯并呋喃酮、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化物的一种或几种。
[0021]优选的，在所述液态前驱体中，所述自由基清除剂的质量分数为0
‑
1％。
[0022]优选的，所述有机溶剂为正辛醇、正戊醇、环己烷、叔丁醇、环己醇、苯中的一种或几种。
[0023]优选的，所述有机溶剂与液态前驱体的体积比为1:9
‑
99。
[0024]优选的，在所述步骤3)中：所述交联固化的时间为1
‑
20min；优选的，紫外光波段为365
‑
405nm，辐照强度为0.3
‑
1w/m2。
[0025]优选的，在所述步骤4)中：采用冷冻干燥、常压常温干燥、常压加热干燥、真空常温干燥、真空加热干燥中的一种方式对所述交联固化样进行脱有机溶剂处理。
[0026]优选的，在所述步骤5)中，所述烧结处理的步骤包括：在保护气氛下，将所述SiOC前驱体气凝胶升温至700
‑
1200℃，保温1
‑
3h后降温；优选的，升温速率为0.5
‑
1℃/min；优选的，降温速率为0.5
‑
1℃/min。
[0027]另一方面，本专利技术实施例提供一种SiOC陶瓷气凝胶材料，其中，所述SiOC陶瓷气凝胶材料的固含量为1
‑
5％、密度为0.06
‑
0.3g/cm3；优选的，所述SiOC陶瓷气凝胶材料是由上述任一项所述的SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法制备而成。
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供一种SiOC陶瓷气凝胶材料及其制备方法至少具有以下有益效果：
[0029]1、与现有技术的“正硅酸乙酯在特定配合值下的缓慢脱水缩合并交联的方式”相比，本专利技术提出的紫外光引发的方式可以瞬间激发大量的自由基，大大缩短了交联固化时间，提高了SiOC陶瓷气凝胶材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)：将含多个巯基的含Si有机物、含多个乙烯基的含Si有机物、光引发剂、自由基清除剂进行混合，得到液态前驱体；步骤2)：将所述液态前驱体与有机溶剂混合，得到混合液；将所述混合液置于有机溶剂凝固点以下的环境中，使所述有机溶剂冷冻凝固，得到冷冻样；步骤3)：对所述冷冻样进行紫外辐照，在所述有机溶剂保持凝固的状态下，使所述冷冻样中的液态前驱体进行交联固化，得到交联固化样；步骤4)：对所述交联固化样进行脱有机溶剂处理，得到SiOC前驱体气凝胶；步骤5)：对所述SiOC前驱体气凝胶进行烧结处理，得到SiOC陶瓷气凝胶。2.根据权利要求1所述的SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中：所述含多个巯基的含Si有机物为含多个巯基的含Si低聚物或含多个巯基的含Si有机单体；优选的，所述含多个巯基的含Si有机物选用(巯基)甲基硅氧烷
‑
二甲基硅氧烷共聚物、3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷、(巯基丙基)甲基硅氧烷均聚物中的一种或几种；优选的，所述含多个巯基的含Si物的分子量为100
‑
40000；和/或所述含多个乙烯基的含Si有机物为含多个乙烯基的含Si低聚物或含多个乙烯基的含Si有机单体；优选的，所述含多个乙烯基的含Si有机物选用二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷的嵌段共聚物、乙烯基聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端的聚苯基硅氧烷、乙烯基甲氧基硅氧烷均聚物、甲基
‑
乙烯基(硅氧烷与聚硅氧烷)中的一种或几种；优选的，所述含多个乙烯基的含Si有机物的分子量为100
‑
40000。3.根据权利要求1所述的SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法，其特征在于，在所述液体前驱体中，所述含多个巯基的含Si有机物的含量和所述含多个乙烯基的含Si有机物的含量满足：巯基与乙烯基的摩尔比为1:0.3
‑
3。4.根据权利要求1所述的SiOC陶瓷气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮、1
‑
羟基环己基苯基甲酮、2
‑
甲基
‑2‑
(4
‑
吗啉基)
‑1‑
[4

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，李靖晗，张卓卿，曹磊，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：