[发明专利]二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅树脂耐热多孔块体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机硅多孔块体材料的制备方法，具体涉及一种二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅树脂耐热多孔块体材料的制备方法。

背景技术

多孔材料由于其丰富的孔结构，被广泛应用于吸附、隔热等领域。其中硅基多孔材料由于原料丰富，制备方法简单，性能优良而得到广泛关注。现有的制备硅基多孔材料的方法涉及了二氧化硅的溶胶凝胶反应、疏水改性及超临界干燥等复杂的程序，为简化制备流程可以采用有机硅树脂预聚体为原料常压干燥制备疏水多孔材料。有机硅具有无机骨架和有机侧基，因此具有无机材料优良的耐热性和有机材料的韧性，其成型工艺简单，性能优良。以有机硅为基体，制备隔热耐高温多孔材料，可以避免纯无机陶瓷的脆性和成型复杂的问题。但有机硅树脂在高温下常发生向无机结构的转化，从而导致高温下的孔结构塌缩和宏观块体结构的破坏。

发明内容

为了解决现有的有机硅多孔材料制备工艺复杂、耐高温隔热性能差、结构不稳定，掺杂改性方法困难等问题，本发明提供了一种二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅树脂耐热多孔块体材料的制备方法。为了提高其耐热性同时增强多孔材料的隔热能力，本发明采用具有高折光指数的二氧化钛纳米颗粒为增强材料，利用其高表面积及小尺寸等纳米效应，控制形成不同晶体结构的二氧化钛纳米颗粒进行增强有机硅多孔材料，提高其在高温下的结构稳定性。本发明方法简单，避免了常规无机粉体颗粒大，在有机硅预聚体中分散性差等问题，并且采用常压干燥的方法，节能环保，适用于大规模制备耐高温的有机硅多孔材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅树脂耐热多孔块体材料的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将二氧化钛前驱体加入到溶剂中，配置成浓度为0.1~2mol/L的溶液，体积为30~60mL，在超声作用下将浓度为2~4mol/L的碱溶液30~60mL滴加到以上溶液中，超声处理10～20min，再进行机械搅拌1~4h，得到白色沉淀。

二、将白色沉淀用溶剂离心洗2~4次，再用蒸馏水抽滤洗至滤液pH值为7.0~7.5，再将白色沉淀用溶剂离心洗3~5次。

三、将以上洗净的白色固体置于圆底烧瓶中，加入浓度为1~4mol/L的酸性溶液，加入量为30~100mL，在搅拌下进行回流加热，加热温度为60~80℃，处理时间为2~8h，得到白色浆料。

四、将以上白色浆料抽滤，用蒸馏水洗至滤液pH值为6~7，再将白色沉淀用溶剂离心洗3~5次，得到白色的二氧化钛膏状物。

五、将以上白色的膏状物加入到20~40g甲基硅树脂预聚体溶液中，所述甲基硅树脂预聚体溶液中甲基硅树脂预聚体质量含量为15~40%，将混合物在超声作用下分散15~25min，得到了分散均匀的混合物。然后在以上混合物中加入碱性溶液，调pH为8~10，搅拌3~5min，然后放于50~65℃的水浴中保温24~72h，得到湿凝胶。

六、将湿凝胶用乙醇浸泡10~24h小时，然后倒掉废液，反复浸泡3~5次。然后将其放于烘箱中，在常压下干燥，干燥程序为40℃/72~120h，50℃/24~48h，60℃/24~48h，70℃/24~48h，80℃/24~48h，最终得到了二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅多孔块体材料。

上述方法中，步骤一中所述的前驱体为以下之一：钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸钛或四氯化钛。

上述方法中，步骤一中所述的前驱体溶剂为乙醇或蒸馏水。

上述方法中，步骤一中所述的碱溶液为氨水或氢氧化钠的水溶液。

上述方法中，步骤二中所述的溶剂为乙醇或水。

上述方法中，步骤三中所述的酸性溶液为盐酸或硝酸的水溶液。

上述方法中，步骤五中所述的甲基硅树脂预聚体溶液中甲基硅树脂预聚体的质量含量为20~35%，溶剂为乙醇。

上述方法中，步骤五中所述的白色的膏状物加入到20~40g甲基硅树脂预聚体溶液中，所述甲基硅树脂预聚体溶液中甲基硅树脂预聚体质量含量为15~40%。所述的白色膏状物中二氧化钛与甲基硅树脂预聚体的质量比为5:95~40:60。

上述方法中，步骤五中所述的碱性溶液为氨水或氢氧化钠水溶液。

上述方法中，步骤六中所述的将湿凝胶用乙醇浸泡20h小时，然后倒掉废液，反复浸泡4次。然后将其放于烘箱中，在常压下干燥，干燥程序为40℃/100h，50℃/236h，60℃/36h，70℃/40h，80℃/40h，最终得到了二氧化钛纳米颗粒增强改性有机硅多孔块体材料。