一种抗静电透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种抗静电透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。所述方法：提供透明二氧化硅湿凝胶；然后，将透明二氧化硅湿凝胶先浸泡在包含氨基硅烷化试剂、全氟基硅烷化试剂、水和有机溶剂的硅烷化溶液中进行硅烷化改性，再浸泡在包含氨甲醇和乙醇的界面强化溶液中进行界面强化处理；最后进行溶剂置换和超临界干燥，制得抗静电透明二氧化硅气凝胶。本发明专利技术制得的抗静电透明二氧化硅气凝胶表面电荷及电荷密度绝对值近乎为零，从而能完全避免接触静电的产生，并且不仅可以维持气凝胶的高透明、轻质、隔热等特性，更展现出优异的大气暴露性和抗污染性能，能大幅减少环境灰尘在气凝胶表面的粘附和堆积。表面的粘附和堆积。表面的粘附和堆积。

【技术实现步骤摘要】
一种抗静电透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于二氧化硅气凝胶
，尤其涉及一种抗静电透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]透明二氧化硅气凝胶，例如超低密度和超高透明度的透明二氧化硅气凝胶是二氧化硅气凝胶家族的重要一员，具有常规二氧化硅气凝胶不具备的超低密度(10～50mg/cm3)和超高透明度(透光率85％～95％)两大最显著特性，这使得其在深空探测领域具有重要科学研究和实际应用价值，对空间高速粒子的捕获是超低密度透明气凝胶在深空探测领域最普遍的应用场景。然而，透明二氧化硅气凝胶在制备、组装、运输和使用过程中，不可能完全在超净室中进行操作，环境中的灰尘等污染物由于接触静电作用，不可避免会降落、聚集到气凝胶的表面，这将极大程度地影响气凝胶的洁净度以及透明度，甚至对太空尘埃的捕获以及最终结果分析造成极大干扰。因此，有必要发展针对透明二氧化硅气凝胶材料，特别是针对超低密度透明二氧化硅气凝胶材料的抗静电改性技术，然而目前的研究还未注意到透明气凝胶这一重要技术方向，关注的重点仅为常规透明材料的抗静电改性。
[0003]常规透明材料的抗静电改性主要有两类策略，即加入导电材料和使材料表面亲水，从而加速电荷的释放、避免电荷的积累；其中加入导电材料是抗静电改性最有效的方法。例如，中国专利申请CN114274639A报道了一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法，利用两个静电耗散表面层对透明聚碳酸酯芯层进行抗静电改性，静电耗散表面层由导电高分子或导电填料与共聚PC树脂组成，并经双螺杆挤出机挤出，在芯层上形成厚度为10～500μm的静电耗散层；中国专利申请CN216273918U，公开了一种抗静电的透明PET聚酯薄膜，其是将聚噻吩抗静电剂复合到透明PET聚酯薄膜；中国专利申请CN113369110A公开了一种超疏水抗静电透明涂层的制备方法，其是将金属纳米线复合到透明基底上实现对透明材料的抗静电改性。然而，这些专利申请中的抗静电改性技术，由于导电高分子或导电填料本身对透光性有一定的影响，特别是为了取得较好抗静电效果，所加入的导电填料以及导电高分子量较大，对材料透明性影响较大，因此复合材料的透光率相对较低，往往不超过85％。可以设想的是，大量导电高分子或导电填料不仅将影响透明二氧化硅气凝胶的高透光性，也必将对气凝胶的隔热和超轻质等其它特性带来巨大挑战。
[0004]因此，亟需发展针对透明二氧化硅气凝胶材料的抗静电改性技术，制备出抗静电透明二氧化硅气凝胶，满足新一代深空探测对表面洁净程度要求高的透明气凝胶材料的需求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种抗静电透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。本专利技术所得的抗静电透明二氧化硅气凝胶纳米骨架的任意区域里可以含有几乎完全等量的正负电荷，其表面电荷及电荷密度绝对值可以近
乎为零，从而可以完全避免接触静电的产生；本专利技术制备的抗静电透明二氧化硅气凝胶不仅维持了气凝胶高透明、轻质、隔热等特性，更展现出优异的大气暴露性和抗污染性能，能大幅减少环境灰尘在气凝胶表面的粘附和堆积。
[0006]本专利技术在第一方面提供了一种抗静电透明二氧化硅气凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0007](1)提供透明二氧化硅湿凝胶；
[0008](2)将透明二氧化硅湿凝胶浸泡在包含氨基硅烷化试剂、全氟基硅烷化试剂、水和有机溶剂的硅烷化溶液中进行硅烷化改性，得到改性二氧化硅湿凝胶；
[0009](3)将改性二氧化硅湿凝胶浸泡在包含氨甲醇和乙醇的界面强化溶液中进行界面强化处理，得到界面强化二氧化硅湿凝胶；
[0010](4)将界面强化二氧化硅湿凝胶进行溶剂置换和超临界干燥，制得抗静电透明二氧化硅气凝胶。
[0011]优选地，所述氨基硅烷化试剂为3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、4
‑
氨基
‑
3,3
‑
二甲基丁基三甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、4
‑
氨基丁基三乙氧基硅烷、3
‑
(2
‑
氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3
‑
(2
‑
氨基乙胺基)丙基三乙氧基硅烷、[3
‑
(6
‑
氨基己基氨基)丙基]三甲氧基硅烷、11
‑
氨基十一烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
[0012]优选地，所述全氟基硅烷化试剂为1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲基氧硅烷和/或1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三甲基氧硅烷。
[0013]优选地，在步骤(2)中：由氨基硅烷化试剂和全氟基硅烷化试剂组成硅烷化试剂，所述硅烷化试剂中含有氨基硅烷化试剂的摩尔百分含量为30～90％优选为60％，所述硅烷化溶液中含有的硅烷化试剂的摩尔浓度为0.003～0.1mol/L优选为0.01mol/L；所述氨基硅烷化试剂与所述全氟基硅烷化试剂的摩尔用量之和与水的摩尔比为1：(0.5～3)优选为1:1.5；和/或所述有机溶剂为乙腈。
[0014]优选地，在步骤(2)中：所述硅烷化改性的温度为50～120℃，所述硅烷化改性的时间为0.1～6h；优选的是，所述硅烷化改性的温度为70℃，所述硅烷化改性的时间为2h。
[0015]优选地，在步骤(3)中：所述界面强化溶液包含氨甲醇、水和乙醇；所述界面强化溶液中含有氨的浓度为0.001～0.5mol/L优选为0.08mol/L；所述界面强化溶液中含有水的浓度为0.2～2mol/L优选为0.5mol/L。
[0016]优选地，在步骤(3)中：所述界面强化处理的温度为0～50℃，所述界面强化处理的时间为4～120h；优选的是，所述界面强化处理的温度为25℃，所述界面强化处理的时间为48h。
[0017]优选地，在进行步骤(2)之前，还包括将透明二氧化硅湿凝胶进行溶剂置换的步骤。
[0018]本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的抗静电透明二氧化硅气凝胶；优选的是，所述抗静电透明二氧化硅气凝胶具有如下一个或多个性质：所述抗静电透明二氧化硅气凝胶的表面接触电荷面密度绝对值为小于0.05μC/m2；所述抗静电透明二氧化硅气凝胶的透光率为87％～91％；所述抗静电透明二氧化硅气凝胶的密度为8～50mg/cm3；所述抗静电透明二氧化硅气凝胶的热导率为0.018～0.026W/(m
·
K)；所述抗静电透明二氧化硅气凝胶具有优异的大气暴露性和耐污染性能。
[0019]本专利技术在第三方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的抗静电透明二氧化硅气凝胶在新一代深空探测领域、高能物理领域、建筑物领域或电子领域中的应用。
[0020]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0021](1)本专利技术提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗静电透明二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)提供透明二氧化硅湿凝胶；(2)将透明二氧化硅湿凝胶浸泡在包含氨基硅烷化试剂、全氟基硅烷化试剂、水和有机溶剂的硅烷化溶液中进行硅烷化改性，得到改性二氧化硅湿凝胶；(3)将改性二氧化硅湿凝胶浸泡在包含氨甲醇和乙醇的界面强化溶液中进行界面强化处理，得到界面强化二氧化硅湿凝胶；(4)将界面强化二氧化硅湿凝胶进行溶剂置换和超临界干燥，制得抗静电透明二氧化硅气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氨基硅烷化试剂为3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、4
‑
氨基
‑
3,3
‑
二甲基丁基三甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、4
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氨基丁基三乙氧基硅烷、3
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(2
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氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3
‑
(2
‑
氨基乙胺基)丙基三乙氧基硅烷、[3
‑
(6
‑
氨基己基氨基)丙基]三甲氧基硅烷、11
‑
氨基十一烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述全氟基硅烷化试剂为1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲基氧硅烷和/或1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三甲基氧硅烷。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：由氨基硅烷化试剂和全氟基硅烷化试剂组成硅烷化试剂，所述硅烷化试剂中含有氨基硅烷化试剂的摩尔百分含量为30～90％优选为60％，所述硅烷化溶液中含有的硅烷化试剂的摩尔浓度为0.003～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张晚林，李文静，张昊，张恩爽，李鑫，黄红岩，张凡，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：