[发明专利]一种常压制备二氧化硅气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶的制备方法。

背景技术

当今社会，全球范围内的能源危机日益加剧，我国也面临着能源问题的巨大挑战。能源供给与需求之间的严重不均衡，使得节能问题成为了社会热点问题。目前，建筑是我国目前能源消耗增长最快的领域之一，其能耗已占全国总能耗的27％左右。作为能源消耗大户的建筑业其主要任务就是在保证使用功能和建筑质量的前提下，采取各种有效的节能技术与管理措施，发展新型建筑保温材料，以降低房屋在使用过程中的能源消耗，提高能源利用率。

目前常用的墙体保温隔热材料在应用上都存在不同的缺陷，难以满足各个领域对保温材料的多方面要求。例如泡沫材料具有较低的导热系数，能达到比较高效的隔热保温效果，但却极度易燃，存在火灾隐患；纤维状隔热保温材料能承受较高温度，施工方便，但却易吸湿，只能在无水环境中使用，而且其生产过程对工人的身体危害很大，具有毒性和高致癌性；粉末材料虽然不存在火灾隐患，无身体危害性，但导热系数较高，易吸湿腐烂，滋长细菌，对建筑内部环境的洁净和安全存在威胁。

常规的二氧化硅气凝胶的制备过程中采用超临界或者冷冻干燥方法，但是传统的方法设备复杂，成本高，而且人为操作存在危险性，所以大大限制了二氧化硅气凝胶的普及使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种常压制备二氧化硅气凝胶的方法，采用常压方法制备气凝胶，并创新性的采用正己烷和三甲基氯硅烷混合浸泡改性，用以提高常压制备气凝胶的机械性能和疏水性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种常压制备二氧化硅气凝胶的方法，包括以下步骤：

一、凝胶的制备：首先将0.1mol的正硅酸乙酯与0.3mol乙醇和7×10^-5mol浓度为0.147％的盐酸混合，并在室温下搅拌30min。之后向溶液中加入0.5mol乙醇、0.26mol水和2×10^-4mol浓度为0.151％的氨水的混合物，在室温下搅拌30min后将搅拌后的溶液倒入模具中，静置等待凝胶。

二、凝胶的老化：

步骤一：湿凝胶的第一次漂洗

首先将湿凝胶用乙醇在室温下浸泡，每24h更换ETOH，连续浸泡四次以确保将杂质及未反应的试剂完全置换；将ETOH和TEOS以摩尔比5∶1混合配置成溶液，用该溶液在60℃下浸泡上一步得到的湿凝胶，每24h更换溶液，连续浸泡三次从而对表面进行老化。

步骤二：湿凝胶的溶剂置换

将湿凝胶在60℃的环境下浸泡在正己烷中，每24小时更换一次正己烷，重复四次。

步骤三：湿凝胶的表面改性

将TMCS和正己烷按照体积比为6∶94的比例混合，将湿凝胶室温下浸泡在混合溶液中，每24h更换一次溶液，连续浸泡四次。

步骤四：湿凝胶的第二次漂洗

将湿凝胶浸泡在正己烷中，每24h更换一次正己烷，连续浸泡四次。

三、凝胶的常压干燥：将浸泡之后的湿凝胶置于室温下干燥，得到二氧化硅气凝胶。

本发明具有如下有益效果：

一、应用前景

产品优越性：气凝胶各方面性能均衡且明显高于市面上其他的保温材料，在节能方面具备极大优越性，同时采用常压方法制备，使成本极大地降低，便于推广和使用。

市场需求分析：国家城镇化发展、城区改造如火如荼，新增建筑数量庞大，气凝胶墙体保温材料具有得天独厚的优势，市场需求强烈。

潜在客户分析：本产品适用于灾区移动板房、临时营地及厂房、管道保温等各个方面。

二、经济效益分析

气凝胶作为房屋的保温材料，由于保温效果好、质轻等优点可以降低能耗和运输成本，除此之外，气凝胶可以推广到各类型建筑中。

由2011年统计年鉴数据表明，我国建筑总能耗(不含生物质能)占全国总能耗的20.9％。2012年度北方采暖地区仅为大型公共建筑和国家机关办公建筑提供集中供热消耗的煤炭为1496.9万吨、天然气4.4亿立方米、煤油0.5万吨和电7.9亿千瓦时。如果延续目前的建筑发展规模和建筑能耗现状，到2020年，全国每年将消耗1.2万亿度电和4.1亿吨标煤。

表1 常见保温材料导热系数

由表1可见，若采用气凝胶保温填充材料，在相同的内外环境下，将会比填充泡沫的墙体节能近55％，按此推算，则每年可节约6000亿度电和2.25亿吨标煤，同时减少二氧化碳，二氧化硫，粉尘等污染物的排放。在带来巨大经济效益的同时也起到保护环境的作用。