[发明专利]一种气相疏水装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相疏水装置，属于气凝胶制备技术领域。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种以气体为分散介质，由二氧化硅胶体粒子相互聚积形成的纳米多孔材料，具有低密度、高孔隙率和高比表面积的特点。气凝胶由纳米级颗粒组成的骨架结构可显著降低材料的固态热传导；其纳米孔隙直径小于气体分子的平均自由程，可限制气体分子热传导，因此气凝胶的热导率低于静止空气的热导率，是目前已知隔热性能最优异的固体材料。

许多研究结果表明，当材料中的孔洞直径小于60nm时，即小于空气分子的运动自由程时，孔洞内的空气分子失去了自由运动的能力，附着在纳米孔壁上。使气凝胶材料在高温和常温均有低于静止空气的热导率。

通用方法制备的气凝胶表面含有大量的羟基，致使气凝胶材料在空气中容易吸潮，遇液态水产生巨大的毛细管力导致纳米骨架坍塌、破碎，影响了其物理性能，从而极大地限制了气凝胶的应用领域，影响了SiO₂气凝胶的推广应用。大量研究表明，通过对凝胶进行甲基硅烷改性得到疏水表面，可以避免凝胶孔表面羟基之间的相互缩合而引起的不可逆收缩。一般而言，首先要通过溶剂置换步骤除去湿凝胶中的水。SiO₂湿凝胶中含有大量的水(60％～90％)，需要用大量的溶剂在纳米孔中的扩散除去凝胶三维网络中的水，才能保证改性剂对凝胶表面的羟基改性反应的有效性。但这种方法耗费大量的溶剂和疏水化试剂，引入的疏水基团数量不可控。同时也提高了生产成本，高温热性能不稳定。

专利CN201080030822.4提供了一种湿凝胶直接疏水，并制造气凝胶的方法及制造装置。把网状结构的筐放入反应器后，把湿凝胶放筐中，在反应器下部安装超声波生成器，并从下部引入氮气促进反应进行，在短时间内改性为疏水化的气凝胶。该反应在常温常压进行。采用疏水的试剂(如：正丁醇、正戊醇、正己烷)，并添加5-10％的硅烷化合物，并在反应器中回流，最后制造出疏水化的气凝胶。

专利CN201310481868.3提供了一种气凝胶的气相化学表面修饰方法。首先在放置亲水或疏水性较差气凝胶的密闭容器内充入修饰液蒸汽，经过充分反应，表面接枝上一层低表面能基团，实现疏水化。所述的修饰液包括氯乙酸甲酯、己酸、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷或氟代烷基硅烷中的一种。该方法使用的反应器为简单的密闭容器。

上述方法存在的问题是：专利CN201080030822.4所用的溶剂和疏水化试剂量大，且需要长时间回流，工艺较复杂，造成气凝胶的热性能不稳定。溶剂和疏水化试剂的后处理工作量大。专利CN201310481868.3虽然使用的设备简单，疏水化试剂的用量低，但是针对复杂型面气凝胶构件，以及排布较密的气凝胶构件群或者成卷的气凝胶，使用该方法就会造成气凝胶构件的疏水化程度不均匀。严重时，部分气凝胶则无法疏水。主要原因是，该方法仅利用了疏水化试剂蒸汽的自然扩散作用，疏水化试剂必须扩散至容器的每一个角落，且浓度足够高，才能与气凝胶表面的羟基反应并疏水。在规模化的气凝胶构件生产制造中，或者复杂构件的制造中，容器中很容易形成疏水化试剂蒸汽的扩散死角，造成疏水化工艺失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种避免疏水化试剂蒸汽扩散死角、制品疏水化程度均匀、工艺简单、疏水处理时间短的气相疏水装置。

本发明的技术解决方案：一种气相疏水装置，包括主罐体、气体输送泵和支架，支架放置在主罐体内，支架上安放待疏水化的气凝胶制件，主罐体包括罐体主体和罐体盖，罐体主体中上部均布若干气体输出管路，气体输出管路与气体输送泵进气端管道连接，罐体主体下部均布若干气体输入管路，气体输入管路与气体输送泵出气端管道连接，罐体主体底部中心安装底部气体进入主管路，底部气体进入主管路与气体输送泵出气端管道连接，罐体主体底部安装疏水化试剂入口，气体输入管路沿罐体主体切线方向与罐体主体连接，通过气体输送泵在主罐体内形成疏水化试剂蒸汽的回流。

所述的气体输入管路与罐体主体连接部位设置导流网，导流网为球冠的一部分，表面均布鱼鳞孔，鱼鳞孔的面积占比为20-50％。

所述的导流网的宽度X1与气体输入管路的直径之比为2～5，长度X2与气体输入管路的直径之比为2～5，高度X3与气体输入管路28的直径之比为0.5～3。

所述的鱼鳞孔的孔径与气体输入管路的直径之比为0.05～0.1，鱼鳞孔上沿凸起与导流网切线夹角α为10°～70°。

所述的罐体主体底部中心设置可拆卸中心进气模块，可拆卸中心进气模块与气体输送泵出气端管道连接。