[发明专利]无需溶剂置换步骤快速制备超疏水SiO2

说明书

本发明公开了一种无需溶剂置换步骤快速制备超疏水SiO2气凝胶的方法，该方法以多聚硅氧烷作为硅源，通过将硅源、低表面张力有机溶剂及碱催化剂混合均匀，静置凝胶，老化之后将湿凝胶搅碎，并直接使用疏水剂改性，最后通过常压干燥法，获得优异性能的SiO2气凝胶粉体。本发明的方法可以实现SiO2气凝胶的连续化生产，生产周期极短，生产成本低，无需任何溶剂置换过程，节约大量时间和溶剂，并且所获复合气凝胶具有纳米多孔结构，并具有优良综合性能，例如，具有较为理想的密度、热导率、和比表面积。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶的制备工艺，特别是一种利用常压干燥技术制备具有纳米多孔结构的超疏水二氧化硅气凝胶的方法，属于纳米多孔材料技术领域。

背景技术

气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。由于二氧化硅气凝胶具有高比表面积(400～1500m2/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm3)和低热导率(0.013～0.038 W/mk)等特点，使得二氧化硅气凝胶在耐高温隔热材料、超低密度材料、声阻抗耦合材料、气体吸附和过滤材料、催化剂载体材料、药物载体材料等领域具有非常广阔的应用前景。通常制备SiO2气凝胶的方法是超临界干燥，例如 CN102583407A和CN102642842B公开了使用超临界干燥制备气凝胶的方法，其通过超临界流体置换掉湿凝胶中的溶剂，最终干燥后能够很好的保持凝胶原有的结构。但是，通常超临界干燥需要用到特殊的设备，在高压高温下操作，一方面使得设备昂贵，操作困难，成本高；另一方面存在重大的安全隐患。因此，虽然气凝胶具有以上提及的优异性能，但是由于制备成本高，从而限制了其在日常生活中的广泛应用。

为此，大量研究的重点着重于降低SiO2气凝胶的生产成本，例如 CN101503195、CN102020285A和CN103043673A分别公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法：通过多次和多种溶剂交换将凝胶孔道内的液体交换成为低表面张力的溶剂，如正己烷等，再将孔道的表面由亲水性改性为疏水性，大大减小了凝胶孔道内的毛细管力，从而在干燥的过程中凝胶的收缩很小，基本上可以保持原有形态。但是，由于常压干燥需要多次的凝胶孔道溶剂交换和表面疏水化处理，制备周期十分漫长，操作繁琐，很难实现产业化生产。

因此，减少溶剂置换的次数和置换的时间，不仅能节约大量时间成本，而且能极大减少有机溶剂的用量，这不仅进一步降低了成本，而且极大地减小对环境造成的压力。为此，如何减少溶剂置换的次数和时间，不仅是本领域面临的一个关键科学和技术问题，而且关系到气凝胶广泛应用的前提和基础。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提出一种具无需任何溶剂置换、快速的常压干燥制备高性能气凝胶的方法，此方法具有工艺简单、生产周期极短、成本低等特点，且制备出的SiO2气凝胶具有优异的性能，可与超临界干燥和传统的常压干燥法制备的SiO2气凝胶的各项性能相媲美。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无需溶剂置换步骤快速制备超疏水SiO2气凝胶的方法，包括如下步骤：

(1)将硅源、低表面张力有机溶剂、及碱催化剂混合均匀，静置形成SiO2有机凝胶，所述硅源包括多聚硅氧烷；

(2)将所述SiO2有机凝胶搅碎至粉末或颗粒状后，与疏水剂及低表面张力有机溶剂混合搅拌，获得淤泥状疏水有机凝胶；