一种二氧化硅气凝胶的制备方法

摘要

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶的制备方法，它包括以下步骤：(1)在pH＝3-5的酸性条件下，加入四氯化硅和水搅拌反应，然后用氨水调节pH＝8-10，再加入水和乙醇，进行水解缩聚反应形成醇凝胶；(2)然后萃取，除去醇凝胶中所含水/醇混合液；取其凝胶液，加入无水甲醇或乙醇，将凝胶孔中的水/醇混合液用无水甲醇或乙醇替换；(3)再加入三甲基氯硅烷和烷烃将凝胶骨架表面Si-OH烷基化，然后进行常压干燥制得SiO2气凝胶。本发明的优点在于：一、以有机硅行业生产大量的副产物四氯化硅为原材料，大大降低了生产过程中的原料成本。二、本发明所用的常压干燥与传统的超临界干燥对比，也大大的降低了反应所需条件。三、本发明不会破坏SiO2气凝胶纳米孔结构，同时能够稳定地提高反应速度。

权利要求

1.一种二氧化硅气凝胶的制备方法，它包括以下步骤：

(1)、在pH＝3-5的酸性条件下，加入四氯化硅和水搅拌反应，然后用氨水调节pH＝

8-10，再加入水和乙醇，进行水解缩聚反应形成醇凝胶；

(2)、然后萃取，除去醇凝胶中所含水/醇混合液；取其凝胶液，加入无水甲醇或无水乙醇，将凝胶孔中的水/醇混合液用无水甲醇或无水乙醇替换；

(3)、再加入三甲基氯硅烷和烷烃将凝胶骨架表面Si-OH烷基化，然后进行常压干燥制得SiO2气凝胶，所述的烷烃为庚烷或正己烷。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶的制备方法，其中：在酸性条件下加入四氯化硅和水的摩尔比为1∶2。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶的制备方法，其中：碱性条件下加入水和乙醇时，水∶乙醇∶四氯化硅的摩尔比为3∶1∶1。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化硅气凝胶的制备方法，其中：所用溶剂用量为无水甲醇或无水乙醇∶三甲基氯硅烷∶烷烃的体积比为1--1.5∶1--1.5∶1。

说明书

一种二氧化硅气凝胶的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种二氧化硅气凝胶的制备方法，具体地说是一种用四氯化硅作为起始原料，用有机溶剂将凝胶骨架表面Si-OH烷基化，然后进行干燥从而制备二氧化硅气凝胶的方法。

背景技术

[0002] 二氧化硅气凝胶具有密度低、比表面积大、孔隙率高等特点，是一种具有广阔前景的新型轻质纳米多孔材料。充分发挥气凝胶的优异性能，实现原料的低成本化及制备工艺的简单安全和低成本化，使其能够大规模生产是目前研究的热点。

[0003] 近年来，硅气凝胶的研究主要集中在德国BASF、BESY公司，美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室、劳伦斯利物摩尔国家实验室和桑地亚国家实验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，瑞典LUND公司及美、德、日等国的大学。在国内，硅气凝胶的研究最早始于1995年同济大学波耳固体物理研究所，它率先建立了一套气凝胶制备及若干性质测量的设备，并和德国维尔兹堡大学物理所合作开展气凝胶材料的系统研究。另外北京科技大学、中科院山西煤化所等高校和科研机构也发表过相关论文。但对硅气凝胶的研究大多处于起步阶段，还没有形成以开发新材料为目的的应用性研究。

[0004] 目前该产品的制备技术上还有难点制约着产品的大规模生产及应用。1.采用超临界干燥制备硅气凝胶需要的投资大，成本高，高压设备操作危险。2.采用常压干燥时会遇到缩裂问题。虽然通过采用溶剂交换/表面改性等手段进行处理可以解决这一问题，但是常压干燥工艺用于大规模生产气凝胶时，如何稳定地提高反应速度，加快改性液的渗透性还需要进一步的探索。专利申请号为200580015564的发明专利就是采用这类方法。它是将表面活性剂溶于酸性水溶液，向其中添加在分子中具有水解性官能团和疏水性官能团的硅化合物进行水解反应，生成的凝胶固化后，使所述凝胶超临界干燥，可以得到微孔直径和微孔直径分布得到控制的二氧化硅气凝胶。所述表面活性剂优选使用非离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂和阴离子性表面活性剂中的任一种，或者混合两种以上使用。这种方法无法克服上述缺陷。

[0005] 有别于传统的制备方法，本发明采用多晶硅行业废产物四氯化硅作为硅气凝胶的原材料。不仅解决了多晶硅产业中高污染高毒害副产物排放问题，而且将其转化为可广泛应用于光学、声学、力学、电学等领域具有高附加值的功能性新材料。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种二氧化硅气凝胶的制备方法，它解决了SiO2气凝胶干燥时容易出现缩裂和反应速度慢的问题。

[0007] 本发明的制备步骤如下：

[0008] (1)、在pH＝3-5的酸性条件下，加入四氯化硅和水搅拌反应，然后用氨水调节pH＝8-10，再加入水和乙醇，进行水解缩聚反应形成醇凝胶；