一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用；依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，并使水解和缩聚在质子性溶剂和非质子性溶剂的混合溶剂与水的混合溶液中进行，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。通过控制硅氧烷的水解和缩聚程度，进一步控制气凝胶颗粒的生长速度和均匀性，有效降低本申请低密度气凝胶网络结构的孔隙大小，提高气凝胶透光率、疏水性、隔热性和弹性强度等性能。隔热性和弹性强度等性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气凝胶
，C08G77/14，尤其涉及一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种具有密度低、孔隙率高、比表面积大特点的材料，在其制备过程中因保留了其三维网络的微孔结构，还具有绝热的特性而被用于保温隔热材料。但是根据目前方法所制备的气凝胶脆性大、疏水效果不佳，后期需要进行复杂的改性工艺；另外，其透明度不高的问题也严重限制了其应用范围。
[0003]中国专利CN 108623832A公开了一种聚倍半硅氧烷气凝胶及其制备方法，通过将聚倍半硅氧烷酸性水解后再碱性缩聚制备气凝胶，借助于硅氧烷中的有机官能团保证气凝胶的均一性，并避免干燥中发生结构塌陷。中国专利CN 110945064A公开了一种低密度凝胶体及其制造方法，其制备的低密度气凝胶具有较好的弯曲柔软性。但是以上专利所制备的气凝剂的透光率、热导率、疏水性和弹性强度等性能仍然不足。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法。
[0005]进一步地，所述制备方法为：依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。
[0006]本申请重点采用两步碱化进行硅氧烷的水解和缩聚反应，弱碱性环境给硅氧烷提供了预聚合和初步聚合反应基础，制备得到聚硅氧烷前体和其所形成的溶胶；强碱性环境进一步提高硅氧烷前体的缩聚速率和程度，使溶胶完全转变为湿凝胶；通过控制两步反应和反应的速率，进而控制对硅氧烷的水解和缩聚，形成更加细小的纳米粒子，得到更均匀的三维纳米多孔结构，最终使凝胶获得最优的透光率和最低的热导率。
[0007]进一步地，所述硅氧烷的官能度为2
‑
4，选自二官能度硅氧烷、三官能度硅氧烷、四官能度硅氧烷中的至少一种。
[0008]进一步地，所述二官能度硅氧烷是指1个Si所键合了2个O原子的硅氧烷；二官能度硅氧烷包括但不限于二烷氧基硅烷、二乙酰氧基硅烷、二(羟基烷基)四烷基二硅氧烷中的至少一种。优选为二烷氧基硅烷。
[0009]进一步地，所述二烷氧基硅烷包括但不限于二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷中的至少一种。
[0010]进一步地，所述二(羟基烷基)四烷基二硅氧烷选自1,3
‑
双(4
‑
羟基丁基)四甲基二硅氧烷、1,3
‑
二(3
‑
羟基丙基)
‑
1,1,3,3
‑
四甲基二硅氧烷、1,3
‑
双(3
‑
羟基异丁基)四甲基二硅氧烷中的至少一种。
[0011]进一步地，所述三官能度硅氧烷是指1个Si所键合了3个O原子的硅氧烷；所述三官能度硅氧烷包括但不限于三烷氧基硅烷、三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。优选为三烷氧基硅烷。
[0012]进一步地，所述三烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0013]优选地，所述三烷氧基硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0014]进一步地，所述四官能度硅氧烷是指1个Si键合了4个O原子的硅氧烷；所述四官能度硅氧烷包括但不限于四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、苯基四甲氧基硅烷、苯基四乙氧基硅烷、四乙酰氧基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的至少一种。
[0015]优选地，所述硅氧烷为三官能度硅氧烷，更优选为三烷氧基硅烷。由二或三官能度的硅氧烷制备而成的硅氧烷气凝胶骨架上存在许多均匀分布的烷基，当气凝胶受到挤压时，烷基的相互排斥有利于凝胶骨架的恢复；另外，硅源的含量逐渐增加时，气凝胶胶束的形状由交联的线型转化为球状，气凝胶的骨架多呈粗化的球形堆积结构，虽然此结构堆积密度更高，气凝胶形变和断裂的概率降低，热导率也降低，但是气凝胶的孔径也随之增大，对透光性产生不利影响；本申请的硅氧烷只有在采用三官能度的硅氧烷并规定其添加量在规定范围内时才能最优地兼具气凝胶的透光性和弹性。
[0016]进一步地，所述弱碱环境的pH为7.3
‑
9.5，优选为7.5
‑
9.0。
[0017]进一步地，所述弱碱环境中所用弱碱为无机弱碱和/或有机弱碱，所述无机弱碱选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化铝、碳酸铵、氨水中的至少一种；优选为氨水。
[0018]进一步地，所述有机弱碱包括但不限于尿素、吡啶、乙二胺、二异丙基乙基胺、三乙胺、N－甲基吗啉中的至少一种；优选为尿素和/或吡啶。
[0019]在一种实施方式中，所述弱碱环境中所用弱碱为无机弱碱；优选为氨水。
[0020]进一步地，所述强碱环境的pH为10
‑
14；优选为10.5
‑
13。
[0021]进一步地，所述强碱环境中所用强碱为无机强碱和/或有机强碱。
[0022]进一步地，所述无机强碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
[0023]进一步地，所述有机强碱为季铵盐及其衍生物，选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四己基氢氧化铵、四辛基氢氧化铵、四癸基氢氧化铵、双十烷基二甲基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵胆碱、四甲基氢氧化铵二乙二醇、四甲基氢氧化铵丙三醇中的至少一种。
[0024]优选地，所述强碱环境中所用强碱为有机强碱。强碱性环境可明显提升聚硅氧烷前体的凝胶化，本专利技术重点强调强碱选用有机强碱，因为有机强碱中长链烷基分子在体系中的加入能够增加聚硅氧烷前体分子间的距离，且若有机强碱含有极性基团时，此极性基团可与聚硅氧烷前体中硅羟基水解产生的氢键结合，以上均有效减缓硅羟基之间的脱水缩聚反应程度，控制聚硅氧烷粒子形成更为均匀的网络结构，降低对可见光的散射，提高透光
率。
[0025]在一种优选的实施方式中，所述有机强碱选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵中的至少一种。
[0026]进一步地，所述硅氧烷在弱碱环境中的反应时间为1
‑
10h，优选为2
‑
6h；在强碱环境中的反应时间为5
‑
40min，优选为5
‑
20min。
[0027]进一步地，硅氧烷水解和缩聚在混合溶剂和水的混合溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高透光弹性聚硅氧烷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：依次采用弱碱环境和强碱环境两步催化硅氧烷水解和缩聚，得到凝胶，干燥后获得高透光弹性聚硅氧烷气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷的官能度为2
‑
4，选自二官能度硅氧烷、三官能度硅氧烷、四官能度硅氧烷中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，三官能度硅氧烷包括三烷氧基硅烷、三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种；优选为三烷氧基硅烷。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述三烷氧基硅烷优选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述弱碱环境的pH为7.3
‑
9.5；所述强碱环境的pH为10
‑
14。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强碱环境中所用强碱为有机强碱；所述有机强碱为季铵盐及其衍生物，选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四己基氢氧化铵、四辛基氢氧化铵、四癸基氢氧化铵、双十烷基二甲基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵胆碱、...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟正，云山，孙光耀，鲁祥凯，李晓明，金平实，
申请(专利权)人：山东华萃节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：