一种高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN202011050271.X
文献号 : CN112158852B
文献日 : 2022-01-28
发明人 : 张晚林 , 刘圆圆 , 李文静 , 张恩爽 , 孔德隆 , 刘晓波 , 杨洁颖 , 赵英民 , 张昊
申请人 : 航天特种材料及工艺技术研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将硅酯、醇溶剂、水、酸催化剂和结构强化剂单体混合均匀,得到混合溶液,然后将所述混合溶液进行预水解反应,得到预水解化合物,然后用醇溶剂对所述预水解化合物进行稀释,得到硅源前驱体;所述结构强化剂单体为10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷;所述硅酯为正硅酸甲酯,所述醇溶剂为甲醇,所述酸催化剂为盐酸溶液;在所述混合溶液中,所述正硅酸甲酯、所述甲醇、所述水和所述盐酸溶液中含有的HCl的摩尔比为1:(8~12):(1~‑6 ‑5
2.5):(10 ~10 );
(2)将所述硅源前驱体和碱性氨基酸溶液混合均匀后进行溶胶‑凝胶反应,得到负载有结构强化剂单体的湿凝胶;
(3)将所述负载有结构强化单体的湿凝胶浸泡在含有光引发剂的醇溶液中进行紫外辐射以引发所述湿凝胶中负载的结构强化剂单体进行聚合,得到具有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶;
(4)将所述具有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶依次进行溶剂置换和超临界干燥,得到高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:稀释时所用甲醇的用量与所述正硅酸甲酯的用量的摩尔比为(20~250):1。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述结构强化剂单体与所述硅酯的摩尔比为(0.05~0.2):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述碱性氨基酸溶液中含有的碱性氨基酸为赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的一种或多种;
和/或
所述碱性氨基酸溶液中含有的碱性氨基酸与所述硅酯的摩尔比为(0.01~0.08):1。
5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法,其特征在于:所述预水解反应的温度为50~80℃,所述预水解反应的时间为24~48h。
6.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法,其特征在于:所述溶胶‑凝胶反应的温度为40~70℃,所述溶胶‑凝胶反应的时间为24~72h。
7.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法,其特征在于:所述含有光引发剂的醇溶液为含有2‑甲基‑1‑苯基丙酮的甲醇溶液,所述甲醇溶液中‑8 ‑7
含有2‑甲基‑1‑苯基丙酮的浓度为10 ~10 mol/L;和/或2
所述紫外辐射的波长为200~350nm,所述紫外辐射的辐射强度为20~80mW/cm ,所述紫外辐射的辐射时间为0.5~3h。
8.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法,其特征在于:所述溶剂置换在乙醇中进行,所述乙醇的体积用量为所述具有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶的体积的10~20倍,所述溶剂置换的时间为2~3天,所述溶剂置换重复的次数为1~5次;和/或
所述超临界干燥为超临界二氧化碳干燥,所述超临界二氧化碳干燥的压力为15~
20MPa,干燥温度为40~70℃,干燥时间为12~48h,泄压速率为0.5~2MPa/h。
9.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶。
10.根据权利要求9所述的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶,其特征在于,所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶具有如下一个或多个性质:3
所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的密度为5~70mg/cm;
所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的透光率为85%~91%;
所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的压缩强度为0.8~2.6MPa。
11.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶在深空探测领域、高能物理领域、超级透明隔热领域或太阳能集热系统领域中的应用。
说明书 :
一种高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶及其制备方法和
应用
技术领域
背景技术
播速率等优异性能,在空间探测、阻燃隔热、介电、隔声、催化、吸附等领域具有广阔的应用
3
前景。作为世界上最轻的固体之一,二氧化硅气凝胶的密度最低可至3mg/cm ,气凝胶内部
几乎完全被空气占据。此外,通过控制二氧化硅气凝胶的颗粒及孔隙尺寸小的情况下,可见
光在气凝胶内的平均自由程很长,几乎没有反射和散射损失,而能有较高的透射率,表现出
来的是较高的透明度。这种兼具超低密度和高透明度的二氧化硅气凝胶材料在深空探测领
域已展现出极大的应用价值,美国“星尘”号探测器由260个上述特性气凝胶块体构成,用于
捕获高速运动的彗星尘埃颗粒,低密度特性不仅能减轻探测器有效载荷、降低发射成本、提
高系统安全性,更重要的是能有效降低高速运动的太空粒子对捕获介质的冲击力起到缓冲
作用,而良好的透光性则有利于定位和移取捕获介质中被捕获的高能粒子。
3
~80℃下常压干燥得到密度为3~30mg/cm 的二氧化硅气凝胶,所得到的超低密度气凝胶
为粉体,极大地限制了其应用范围。中国专利申请CN105271263A利用有机硅源在氢氟酸的
催化下制备湿凝胶,利用含有正硅酸乙酯的溶液进行老化,经超临界干燥后得到低密度透
明的二氧化硅气凝胶,实验中用到了氢氟酸危险化学品,且利用母液老化的策略在增强骨
3
架的同时,增加了气凝胶的密度以及降低了气凝胶的透光性。密度在10~50mg/cm 的超低
密度气凝胶由于近乎理论极限的超高孔隙率、超低固相骨架体积占比,导致材料结构强度
非常脆弱(弹性模量一般0.002~0.03MPa),非常不利于大规模制备、装配、运输和使用,因
而进一步提高超低密度二氧化硅气凝胶的强度对于其应用非常关键。
行复合增强,得到密度低于28mg/cm 的增强型超低密度气凝胶,但是由于引入了骨架或者
孔隙过大的增强基体,该复合气凝胶一方面无法用于高能粒子的软着陆,另一方面基本不
具备透光性,限制了其在深空探测的应用。中国专利申请CN110553470A改进了超临界干燥
工艺,通过引入第一有机溶剂、第二有机溶剂和超临界二氧化碳进行分级溶剂置换,有效避
免因有机溶剂在高温及浓度差的作用下快速脱出造成的超低密度气凝胶结构破坏,但是由
于在超临界设备中引入了多种有机溶剂体系,需要分别进行升温、升压、降温、降压,除了操
作上更加复杂、带来了更大的安全隐患外,本质上并没有明显提高气凝胶的本征结构强度。
中国专利申请CN108328621A通过化学气相沉积法在树枝状的碳气凝胶骨架上沉积一层二
氧化硅薄层,再通过高温氧化去除碳气凝胶模板,制备出纳米管状结构的二氧化硅气凝胶
3
材料,当密度最低至25.3mg/cm ,其压缩模量可达0.302MPa,展现出较好的力学性能,然而
由于纳米管壁状二氧化硅较纳米颗粒状二氧化硅更加强烈的瑞利散射,导致其透光率非常
低,仅仅只有50.35%。
发明内容
3
胶的密度为5~70mg/cm ,透光率为85%~91%,压缩强度为0.8~2.6MPa;本发明将极大推
动二氧化硅气凝胶在深空探测、高能物理、超级透明隔热、太阳能集热系统等众多领域上的
实际应用。
物进行稀释,得到硅源前驱体;
结构增强的湿凝胶;
‑6 ‑5
尔比为1:(8~12):(1~2.5):(10 ~10 );稀释时所用甲醇的用量与所述正硅酸甲酯的用
量的摩尔比为(20~250):1。
~0.08):1。
甲醇溶液中含有2‑甲基‑1‑苯基丙酮的浓度为10 ~10 mol/L;和/或所述紫外辐射的波长
2
为200~350nm,所述紫外辐射的辐射强度为20~80mW/cm ,所述紫外辐射的辐射时间为0.5
~3h。
换重复的次数为1~5次;和/或所述超临界干燥为超临界二氧化碳干燥,所述超临界二氧化
碳干燥的压力为15~20MPa,干燥温度为40~70℃,干燥时间为12~48h,泄压速率为0.5~
2MPa/h。
3
下一个或多个性质:所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的密度为5~70mg/cm ;所述
高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的透光率为85%~91%;所述高强度超低密度透明二
氧化硅气凝胶的压缩强度为0.8~2.6MPa。
集热系统领域中的应用。
粒和孔隙的大小及均一性的调控效应,发展了高度可控的溶胶凝胶法,在保证超低密度的
同时,将气凝胶的透光率最大幅度提高到了91%,表现出高透明度。
烯基十一烷基三甲氧基硅烷达到提升气凝胶本征力学强度,其原理是结构强化剂一端的三
甲氧基硅烷基团发生水解与水解后的正硅酸甲酯发生缩合,从而将结构强化剂引入到二氧
化硅纳米颗粒构成的三维网络结构中去,而结构强化剂另一端的烯基,在经过紫外辐射交
联后会形成有机三维网络结构,这种有机、无机杂化的三维互穿双网络结构,能在保持超低
3
密度和高透明度的同时,极大地增加材料的机械性能。现有文献中报道的密度为5mg/cm的
超低密度二氧化硅气凝胶,其压缩强度往往仅有2~5kPa,而本发明制备的同样密度的二氧
化硅气凝胶压缩强度可达0.8MPa,将强度提高了数百倍,非常利于超低密度气凝胶的大规
模制备、装配、运输和使用。
湿凝胶的本征力学强度,因此可以不用对湿凝胶进行老化处理提高强度;其次,结构强化剂
的长链烷烃疏水化效应,因此也避免了对湿凝胶进行疏水化处理;最后,由于醇凝胶极高的
本征力学强度和超疏水能力,利用常规超临界干燥技术即可避免超低密度气凝胶在干燥时
的骨架收缩甚至破裂。因此,本发明通过简化老化、疏水、干燥等工艺,不仅能极大地减少了
此类材料的制备周期和制备成本,而且大幅地提高了产品的良品率。
获得成功的技术难题,实现了以上三个技术指标最优组合,本发明制备的高强度超低密度
透明二氧化硅气凝胶将极大推动此类材料在深空探测、高能物理、超级透明隔热、太阳能集
热系统等众多领域上的实际应用,具有巨大的科学价值和经济效益。
附图说明
具体实施方式
不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动
的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
物进行稀释,得到硅源前驱体(也记作硅源前驱体溶液);在本发明中,所述预水解化合物为
反应活性较高的半水解半缩合的化合物,所述硅源前驱体的反应活性较高,所述硅源前驱
体为反应活性较高的半水解半缩合的硅源前驱体;在本发明中,所述混合溶液中含有的醇
溶剂和用于对所述预水解化合物进行稀释的醇溶剂的种类可以相同或者不相同,优选为同
一种醇溶剂;
结构(即无机有机杂化的三维互穿双网络结构)增强的湿凝胶;在本发明中,为了使光引发
剂能充分、快速进入到湿凝胶内部去引发辐射聚合,浸泡用的含有光引发剂的醇溶液用量
与所述负载有结构强化单体的湿凝胶的体积之比优选为5~15倍;
的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶具有无机有机杂化的三维互穿双网络增强结构,例
如,如图1所示,所述无机有机杂化的三维互穿双网络增强结构包括无机二氧化硅三维网络
结构和有机高分子三维网络结构。
缩合产物,这种预水解得到高反应活性的硅源前驱体,能保证在较低浓度下就可以发生凝
胶,而低浓度硅源前驱体是制备超低密度气凝胶的前提;在本发明中,为了得到反应活性较
高的半水解半缩合预水解化合物,采用的是相对较高浓度正硅酸甲酯在超稀酸催化下进行
预水解得到的,而为了得到超低密度的气凝胶,在本发明中需要用醇溶剂对高浓度半水解
半缩合的硅源前驱体进行稀释,获得低浓度硅源前驱体以保证制得超低密度气凝胶;第二
步,在碱性氨基酸的作用下,生成尺寸均一的二氧化硅溶胶,并进一步发生可控溶胶‑凝胶
反应,得到透明的湿凝胶。本发明发现,如果将硅酯、醇溶剂、水、结构强化剂单体、酸催化剂
或碱性氨基酸溶液等所有原料混合在一起,只能在酸性或者碱性条件下发生不可控的溶
胶‑凝胶反应,甚至有可能因为硅酯的浓度过低无法形成凝胶,本发明发现一步法策略不适
用于制备超低密度透明气凝胶。
化剂单体10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷,在经过紫外辐射后,形成有机、无机杂化的三维
互穿双网络结构,能在保持超低密度和高透明度的同时,极大地增加材料的强度。本发明制
3
得的所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶密度为5~70mg/cm ,透光率为85%~91%,
压缩强度为0.8~2.6MPa,而目前还未见能同时达到本发明上述技术指标的高强度、超低密
度、高透明度的二氧化硅气凝胶,本发明解决了高强度、超低密度、高透明度三者无法兼得
的难题,解决了人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题,实现了以上三个技术
指标最优组合,本发明将极大推动二氧化硅气凝胶在深空探测、高能物理、超级透明隔热、
太阳能集热系统等众多领域上的实际应用;在本发明的一些优选的实施方案中,当所述高
3
强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的密度最低至5mg/cm 时,此时透光率可达最大值为
91%,在保证材料具有超低密度和超高透明度的同时,压缩强度仍可达0.8MPa,是已经报道
的同样密度二氧化硅气凝胶强度的数百倍,展现出极其优异的机械力学性能,非常利于超
低密度透明气凝胶的大规模制备、装配、运输和使用。这种兼具高强度、超低密度、高透明度
的二氧化硅气凝胶将在深空探测、高能物理、超级透明隔热、太阳能集热系统等众多领域上
具有巨大的科学价值和经济效益。
释,得到反应活性较高的硅源前驱体(反应活性较高的半水解半缩合的硅源前驱体);
强的湿凝胶(具有无机有机杂化的三维互穿双网络结构增强的湿凝胶);
‑6 ‑5 ‑6
酸溶液中含有的HCl的摩尔比为1:(8~12):(1~2.5):(10 ~10 )(例如为1:8:1:10 、1:
‑6 ‑6 ‑6 ‑5 ‑5 ‑5
8:1.5:10 、1:8:2:10 、1:8:2.5:10 、1:8:1:10 、1:8:1.5:10 、1:8:2:10 、1:8:2.5:10
‑5 ‑6 ‑6 ‑6 ‑6 ‑5 ‑5
、1:9:1:10 、1:9:1.5:10 、1:9:2:10 、1:9:2.5:10 、1:9:1:10 、1:9:1.5:10 、1:9:2:
‑5 ‑5 ‑6 ‑6 ‑6 ‑6 ‑5
10 、1:9:2.5:10 、1:10:1:10 、1:10:1.5:10 、1:10:2:10 、1:10:2.5:10 、1:10:1:10 、
‑5 ‑5 ‑5 ‑6 ‑6 ‑6
1:10:1.5:10 、1:10:2:10 、1:10:2.5:10 、1:11:1:10 、1:11:1.5:10 、1:11:2:10 、1:
‑6 ‑5 ‑5 ‑5 ‑5 ‑6
11:2.5:10 、1:11:1:10 、1:11:1.5:10 、1:11:2:10 、1:11:2.5:10 、1:12:1:10 、1:12:
‑6 ‑6 ‑6 ‑5 ‑5 ‑5
1.5:10 、1:12:2:10 、1:12:2.5:10 、1:12:1:10 、1:12:1.5:10 、1:12:2:10 或1:12:
‑5
2.5:10 );稀释时所用甲醇的用量与所述正硅酸甲酯的用量的摩尔比为(20~250):1(例如
20:1、40:1、60:1、80:1、100:1、120:1、140:1、160:1、180:1、200:1、220:1或250:1)。在本发
‑6 ‑5
明中,预水解时各原料的摩尔比优选为在1:(8~12):(1~2.5):(10 ~10 )这一范围,如
此有利于得到高反应活性的半水解半缩合硅源前驱体。在本发明中,正硅酸甲酯与反应用
甲醇的摩尔比优选为1:(8~12),这是因为如果甲醇的用量过高,正硅酸甲酯部分水解后的
中间产物浓度非常低,它们之间无法进行缩合反应,不利于形成半水解半缩合的硅源前驱
体;而如果甲醇用量过少,则会导致水解后的中间产物浓度过大,缩合反应程度高,导致生
成二氧化硅沉淀物;在本发明中,正硅酸甲酯与水的摩尔比优选为1:(1~2.5),这是因为正
硅酸甲酯的水解程度高度依赖于所加水量,如果水量过少,水解发生程度很低,而如果水量
过多,正硅酸甲酯完全水解,为了得到半水解半缩合的产物,需要控制所加水量;在本发明
‑6 ‑5
中,正硅酸甲酯与催化剂的摩尔比优选为1:(10 ~10 ),这是因为催化剂的含量决定正硅
酸甲酯的水解速率,如果催化剂的含量过高,硅酯水解和缩合的速率过快,会在水解的时候
就形成凝胶或者生成白色沉淀,而如果催化剂的含量过低,水解反应速率过慢,影响实验效
率。
1(例如0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.1:1、0.11:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、
0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1或0.2:1)。在本发明中,优选为所述结构强化剂单
体与所述硅酯的摩尔比为(0.05~0.2):1,如果结构强化剂单体的用量过少,经辐射聚合
后,只是产生分散的寡聚物,无法形成连续的三维有机网络结构,对提升气凝胶的结构强度
影响极其有限,而如果结构强化剂单体的用量过大,则会影响正硅酸甲酯的溶胶凝胶行为,
导致生成的二氧化硅纳米颗粒的尺度较大,光散射明显,最终使得气凝胶的透明性受到影
响。
酯的摩尔比为(0.01~0.08):1(例如0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、
0.07:1或0.08:1);在本发明中,所述碱性氨基酸溶液优选为碱性氨基酸水溶液。在本发明
中,优选为所述碱性氨基酸溶液中含有的碱性氨基酸与所述硅酯的摩尔比为(0.01~
0.08):1,如果碱性氨基酸的浓度过低,则起不到很好地调控生成尺寸均匀的二氧化硅溶胶
以及实现可控溶胶‑凝胶过程的效果,而且凝胶速度会过慢;而碱性氨基酸的浓度过高,凝
胶速度过快,会使制得的二氧化硅气凝胶的结构不均匀,强度差。
‑6 ‑5
盐酸溶液中含有的HCl的摩尔比为1:(8~12):(1~2.5):(10 ~10 ),稀释时所用甲醇的
用量与所述正硅酸甲酯的用量的摩尔比为(20~250):1,所述结构强化剂单体为10‑烯基十
一烷基三甲氧基硅烷(CH2=CH‑(CH2)9TMOS),所述10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷与所述正
硅酸甲酯的摩尔比为(0.05~0.2):1,所述碱性氨基酸溶液中含有的碱性氨基酸与所述硅
酯的摩尔比为(0.01~0.08):1。
48h)。在本发明中,优选为所述预水解反应的温度为50~80℃,所述预水解反应的时间为24
~48h,在该预水解温度和预水解时间下能有效保证正硅酸甲酯完全转化为半水解半缩合
中产物。
60或72h)。
苯基丙酮中的一种或多种。
酮的甲醇溶液,所述甲醇溶液中含有2‑甲基‑1‑苯基丙酮的浓度为10 ~10 mol/L;即所述
光引发剂优选为2‑甲基‑1‑苯基丙酮;和/或所述紫外辐射的波长为200~350nm,所述紫外
2 2
辐射的辐射强度为20~80mW/cm (例如20、30、40、50、60、70或80mW/cm),所述紫外辐射的辐
射时间为0.5~3h(例如0.5、1、1.5、2、2.5或3h)。
~3天,所述溶剂置换重复的次数为1~5次;在本发明中,所述溶剂置换例如用10倍所述具
有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶体积量的乙醇浸泡2天,重复2次;和/或所述超临界
干燥为超临界二氧化碳干燥,所述超临界二氧化碳干燥的压力为15~20MPa,干燥温度为40
~70℃,干燥时间为12~48h,泄压速率为0.5~2MPa/h。在本发明中,优选为采用较慢的泄
压速率(0.5~2MPa/h)释放压力至大气压,如此可以有效避免本发明制得的高强度超低密
度透明二氧化硅气凝胶产生裂缝;这是因为,释放压力的同时,超临界干燥釜体内温度也会
减低,如果释压速度过快,即使继续加热超临界干燥釜体,釜体及凝胶块体内部局部温度在
某些时候会大幅降低,在温度和压强降低的同时,二氧化碳可能从超临界状态变成了液态,
最终会导致二氧化硅气凝胶中裂缝的产生。
没过所述醇凝胶,注入液态二氧化碳控制超临界干燥釜内压力为15~20MPa,保持此压力下
升高超临界干燥釜内温度至40~70℃,利用循环的超临界二氧化碳对醇凝胶进行干燥12~
48h带出乙醇废液,然后以0.5~2MPa/h的泄压速率释放压力至大气压。
3
下一个或多个性质:所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的密度为5~70mg/cm ;所述
高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的透光率为85%~91%;所述高强度超低密度透明二
氧化硅气凝胶的压缩强度为0.8~2.6MPa。
~70mg/cm,透光率为85%~91%,压缩强度为0.8~2.6MPa。
5mg/cm ,透光率为91%,压缩强度为0.8MPa;即在本发明一些优选的实施方案中,当制得的
3
所述高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的密度最低至5mg/cm 时,此时透光率可达最大
值为91%,在保证二氧化硅材料具有超低密度和超高透明度的同时,压缩强度仍可达
0.8MPa,展现出非常优异的机械力学性能。
集热系统领域中的应用。
匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加入640g
甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前驱体溶
液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:稀盐酸
‑6
中含有的HCl为1:0.1:210:2:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲醇
(640g)。
应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸与所述正硅酸
甲酯的摩尔比为0.05:1。
紫外辐射波长为200~350nm紫外光固化器内腔中,以60mW/cm 的辐射强度照射1h,引发湿
凝胶中的结构强化剂单体进行充分聚合,得到具有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶。
注入液态二氧化碳将釜内压力调制16MPa,保持此压力下升高釜内温度至60℃,利用循环的
超临界二氧化碳将醇凝胶环境中和凝胶内部的乙醇置换48h,将废乙醇完全排出,控制泄压
速率为1MPa/h,直至釜内压力降为常压,待釜内温度自然降至室温,取出高强度超低密度透
明二氧化硅气凝胶。
的纸上的外形图,如图2所示,可以看出本实施例制得的二氧化硅气凝胶的透明度超高;本
发明实施例制得的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的透光率曲线图,如图4所示,在
550nm处的透光率达到了91%;本实施例制得的高强度超低密度透明二氧化硅气凝胶的压
缩强度为0.8MPa。
搅拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加
入640g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前
驱体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:
‑6
稀盐酸中含有的HCl为1:0.05:210:1:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲
醇(640g)。
胶‑凝胶反应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸与
所述正硅酸甲酯的摩尔比为0.01:1。
拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加入
640g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前驱
体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:稀
‑6
盐酸中含有的HCl为1:0.2:210:2.5:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲
醇(640g)。
应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸与所述正硅酸
甲酯的摩尔比为0.08:1。
拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加入
160g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前驱
体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:稀
‑6
盐酸中含有的HCl为1:0.1:60:2:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲醇
(160g)。
应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸与所述正硅酸
甲酯的摩尔比为0.03:1。
拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加入
64g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前驱体
溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:稀盐
‑6
酸中含有的HCl为1:0.1:30:2:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲醇
(64g)。
应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸与所述正硅酸
甲酯的摩尔比为0.01:1。
搅拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加
入640g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前
驱体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:
‑6
稀盐酸中含有的HCl为1:0.04:210:0.5:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用
甲醇(640g)。
溶胶‑凝胶反应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸
与所述正硅酸甲酯的摩尔比为0.005:1。
拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,再加入
640g甲醇进行稀释,得到反应活性相对较高的半水解半缩合的硅源前驱体溶液,硅源前驱
体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三甲氧基硅烷:甲醇:水:稀
‑6
盐酸中含有的HCl为1:0.3:210:3:10 ,其中甲醇用量包括反应用甲醇(32g)和稀释用甲醇
(640g)。
溶胶‑凝胶反应48h,待模具冷却至室温,取出湿凝胶;其中,赖氨酸水溶液中含有的赖氨酸
与所述正硅酸甲酯的摩尔比为0.1:1。
1mol/L的赖氨酸水溶液,磁力搅拌混匀,升温到60℃,此温度下进行溶胶‑凝胶反应84h,得
到湿凝胶。
紫外辐射波长为200~350nm紫外光固化器内腔中,以60mW/cm 的辐射强度照射1h,引发湿
凝胶中的结构强化剂单体进行充分聚合,得到具有无机有机双重网络结构增强的湿凝胶。
注入液态二氧化碳将釜内压力调制16MPa,保持此压力下升高釜内温度至60℃,利用循环的
超临界二氧化碳将醇凝胶环境中和凝胶内部的乙醇置换48h,将废乙醇完全排出,控制泄压
速率为1MPa/h,直至釜内压力降为常压,待釜内温度自然降至室温,取出二氧化硅气凝胶。
拌混匀,升温到70℃,此温度下回流反应(预水解反应)36h,反应结束后冷却至室温,得到硅
源前驱体溶液,硅源前驱体溶液中各组分原料按摩尔比计正硅酸甲酯:10‑烯基十一烷基三
‑6
甲氧基硅烷:甲醇:水:稀盐酸中含有的HCl为1:0.1:10:2:10 。
最为敏感。在本发明中,用透光率表示透明性,透光率越大,说明二氧化硅气凝胶的透明度
更高。
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;
而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。