[发明专利]一种二氧化硅气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅气凝胶，是以水玻璃为硅源，两步水热合成法制成的二氧化硅气凝胶，还公开了其制备方法。本发明提供的一种二氧化硅气凝胶，能够有效提高二氧化硅气凝胶的孔隙率、比表面积，减少了凝胶的收缩需要对凝胶进行改性和溶剂置换的时间，节约了制备成本。本发明的二氧化硅气凝胶较于其他同类二氧化硅气凝胶相比，结构力学性能提高了，被广泛应用于隔热保温材料领域。本发明的制备方法易操作，制备条件温、易控制，效率高。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶及其制备方法，属于隔热环保材料领域。

背景技术

二氧化硅凭借纳米级多孔来隔绝气相传热，它本身具有的三维立体网状结构使硅气凝胶具有较高的孔隙率，增加了热量在网状结构骨架中的传递，提高了固相绝热能力，它的保温性能是传统材料的3-8倍，因其良好的隔热能力以及耐高温性、高比表面积、低导热系数，防火、疏水性能优良的特点，另外，高温火焰燃烧无任何有毒气体和烟雾排放，绿色环保，它的密度极小，在实际应用过程中占地体积小，所需厚度仅为传统材料的几分之一。正是由于如此优良的性能特点，二氧化硅气凝胶被广泛应用于保温隔热材料领域，是高温绝热、低温防寒（特别适用于高寒地区）的理想材料。气凝胶类产品已经逐渐成为工业保温隔热应用领域中的主导材料之一。但是由于结构力学性能还有待提高，在一定程度上限制了二氧化硅气凝胶的发展。

在众多制备二氧化硅气凝胶的方法之中，较常见的有以有机物为硅源，经超临界干燥制备，但是这样的生产工艺所需成本较大，重复性差，不利于实际的生产需求。而目前二氧化硅气凝胶及其复合材料在市场上前景良好，基于它在实际生产中遇到的问题，解决二氧化硅气凝胶存在的结构力学性能一般、制备时间长、生产成本高的问题显得尤为重要。

发明内容

为解决现有二氧化硅气凝胶的制备成本高，力学性能差的问题，本发明的目的在于提供一种二氧化硅气凝胶及其制备方法，所得二氧化硅气凝胶具有良好力学强度，低导热率，低成本的特点。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种二氧化硅气凝胶，其特征在于：是以水玻璃为硅源，以石墨烯为结构增强剂，经过两步水热合成法得到的二氧化硅气凝胶。

一种二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、用离子交换法制备原硅酸；

S2、将在S1中制备得到的原硅酸与结构强化掺杂剂石墨烯搅拌均匀，掺入KH550硅烷偶联剂，经过两步水热合成制备出二氧化硅气凝胶。

进一步优选的，步骤S1用离子交换法制备，具体包括以下步骤：

S1.1、将进口阳离子树脂通过用1-4mol/L盐酸浸泡20-50min，再用去离子水洗至pH为5-7活化；

S1.2、配制1%-5%的水玻璃溶液；

S1.3、将配制好的水玻璃溶液过阳离子树脂柱，直到pH降至1-5，得到原硅酸。

优选的，步骤S1原硅酸的制备，具体包括以下步骤：

S1.1、将进口阳离子树脂通过用2mol/L盐酸浸泡30min，再用去离子水洗至pH为6活化；

S1.2、配制3%的水玻璃溶液；

S1.3、将配制好的水玻璃溶液过阳离子树脂柱，直到pH降至2，得到原硅酸。

进一步优选的，步骤S2二氧化硅气凝胶的制备，具体包括以下步骤：

S2.1、取10-30ml原硅酸、0.01-0.03g多层氧化石墨烯，用玻璃棒搅拌均匀后超声分散20-40min；

S2.2、将S2.1中得到的产物通过水热合成，放入反应釜中，置于烘箱中，温度为100-300℃，时长为10-14h。