[发明专利]一步法制备二氧化硅气凝胶以及自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫的方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，公开了一步法制备二氧化硅气凝胶的方法，包括：(1)将硅源前驱体A、硅源前驱体B、溶剂和水进行混合搅拌，得到预混溶液；(2)将凝胶催化剂与所述预混溶液混合，进行凝胶反应，得到二氧化硅湿凝胶；(3)将所述二氧化硅湿凝胶进行陈化、干燥，制得二氧化硅气凝胶；所述硅源前驱体A选自正硅酸甲酯和/或正硅酸乙酯；所述硅源前驱体B具有式I所示的通式结构：(R₁)_n‑Si‑(R₂)_m 式I，R₁为甲基；R₂为甲氧基和/或乙氧基；n选自1‑3的整数，m+n＝4。所述二氧化硅气凝胶具有良好的孔隙结构、较大的比表面积、低的热导率。所述自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫不仅具有低的热导率，并且具有较高的憎水率。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一步法制备二氧化硅气凝胶的方法以及一步法制备自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫的方法。

背景技术

随着经济快速发展，各种能源的需求量日益增多；与此同时，我国还存在能源总量大、人均能源拥有量少以及能源利用率低等问题。为积极响应我国节能减排的发展战略，研发高效节能材料，以求通过保温、保冷减少能源的损耗和浪费，提高能源的利用率。

SiO₂气凝胶是一种由SiO₂胶体粒子相互团簇聚集形成的纳米多孔网络结构的介孔类非晶材料，并具有极高比表面积(800m³/g)、低密度(100kg/m³)和极高的孔隙率(80％以上)。由于气凝胶具有纳米级的孔径尺寸，在常温下具有极低的密度和热导率，具备比其它隔热材料更加优异的隔热性能，因此成为最具有开发潜力的一种超级绝热材料，在航空航天、能源、化工、建筑等领域都具有广泛的应用。将其负载在玻璃纤维毡、石英纤维针刺毡、陶瓷纤维毡以及聚酯纤维毡等基材上降低成本、增加强度，从而扩大其应用方面。

但是通常制备的二氧化硅气凝胶表面含有大量的羟基，使其具有亲水的特性，限制其在潮湿环境下使用，在潮湿情况下无法保持气凝胶的结构和隔热保温效果。因此，对气凝胶进行疏水改性是极其有必要的，目前常用的制备疏水二氧化硅气凝胶的工艺包括以下两种途径：(1)表面后处理法：经溶胶-凝胶过程制备的二氧化硅凝胶表面有大量的羟基，利用表面羟基的反应活性，使其连接上疏水基团，制得疏水二氧化硅凝胶；(2)原位法：在硅醇盐的溶胶-凝胶体系加入含疏水基团的硅醇盐，经过溶胶-凝胶过程直接形成疏水二氧化硅凝胶。

CN106587908A、CN109437832A报道了疏水型二氧化硅气凝胶毡垫的制备方法，二者都采用酸催化水解和碱催化凝胶的“酸碱两步催化”的溶胶-凝胶法。

CN105819823A则报道了一种酸催化水解和氟离子催化缩聚“两步催化法”法制备了二氧化硅气凝胶与玻璃纤维毡复合材料。

然而，采用“酸碱两步催化”或“两步催化法”制备二氧化硅气凝胶时，制备工艺都较为繁琐，还存在制备周期长以及设备腐蚀的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中，采用“酸碱两步催化”制备疏水型二氧化硅气凝胶的工艺流程复杂、周期长，且存在酸催化剂对设备造成腐蚀等问题，提供一步法制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法中无需添加酸催化剂对硅源前驱体进行溶胶，简化工艺流程、缩短加工周期，并且延长了设备的使用寿命。本发明所制得的二氧化硅气凝胶具有良好的孔隙结构、较大的比表面积，并具有低的热导率，适用于保温隔热、保冷以及隔音等方面。由本发明所提供的一步法制备自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫的方法制得的自疏水型二氧化硅气凝胶保温毡垫不仅具有低的热导率，并且具有较高的憎水率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种一步法制备二氧化硅气凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)将硅源前驱体A、硅源前驱体B、溶剂和水进行混合搅拌，得到预混溶液；