專(zhuān)利名稱(chēng)：一種常壓干燥制備聚合物改性SiO₂氣凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，涉及一種納米多孔材料，特別涉及一種常壓干燥制備聚合物改性SiO2氣凝膠的方法。
背景技術(shù)：
SiO2氣凝膠作為一種納米多孔材料，因其巨大的比表面積、極高的孔隙率和極低的體積密度使其具有優(yōu)異的熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等各項(xiàng)性能，因此在諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。但是，由于其本身力學(xué)性能很差以及制備過(guò)程中需要采用超臨界干燥技術(shù)，所以應(yīng)用范圍僅限于高能物理及航空航天等特殊領(lǐng)域。為了改善SiO2氣凝膠的力學(xué)性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，國(guó)內(nèi)外的研究人員采用各種增強(qiáng)材料對(duì)其進(jìn)行了增強(qiáng)增韌的研究，所使用過(guò)的典型增強(qiáng)材料有硬硅鈣石、陶瓷纖維、無(wú)紡布、碳纖維或石英纖維氈等。但是，采用上述方法制備的氣凝膠復(fù)合材料存在兩個(gè)問(wèn)題一是基體材料和增強(qiáng)材料之間并未形成有效的共價(jià)鍵，因此SiO2氣凝膠本身的質(zhì)脆易碎性未能從根本上得到解決；二是制備過(guò)程仍需采用超臨界流體干燥技術(shù)，而超臨界流體干燥技術(shù)因其本身的高成本性和高危險(xiǎn)性制約著 SiO2氣凝膠的大規(guī)模制備和應(yīng)用。
本發(fā)明采用聚合物對(duì)SiO2氣凝膠進(jìn)行改性后，不但實(shí)現(xiàn)了 SiO2氣凝膠的常壓干燥制備，而且所制備的氣凝膠力學(xué)性能良好，為其大規(guī)模制備和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在常壓干燥制備聚合物改性SiO2氣凝膠的制備方法。
本發(fā)明制備的聚合物改性SiO2氣凝膠通過(guò)對(duì)凝膠進(jìn)行聚合物改性和常壓干燥制備得到，并且力學(xué)性能較常規(guī)SiO2氣凝膠優(yōu)異。
這種聚合物改性SiO2氣凝膠制備方法的具體步驟如下
(I).凝膠制備
室溫下將四甲氧基硅烷(TMOS)(或四乙氧基硅烷(TEOS))、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻，隨后加入鹽酸攪拌得到A液；將氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和另一部分丙酮室溫下混合并攪拌均勻得到B液；將B液與A液冷凍，將冷凍后的A液和B液在室溫下迅速混合并攪拌得到混合液?；旌弦河谑覝叵蚂o置轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠在室溫下老化后放入丙酮中浸泡以去除多余的水。
(2).凝膠改性
將凝膠放入聚合物單體溶液中浸泡后取出放入丙酮中密封。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至烘箱中放置以便聚合物單體發(fā)生交聯(lián)形成聚合物。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，再將凝膠從密封中取出，然后放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體。 最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡以進(jìn)行溶劑交換。
(3).凝膠干燥
將溶劑交換完畢的凝膠取出后常壓干燥得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
步驟⑴中所述混合液中，丙酮的物質(zhì)的量四甲氧基硅烷(或四乙氧基硅烷)和氨丙基三乙氧基硅烷的物質(zhì)的量之和=(3 200) I，水與TMOS (或TE0S)和APTES的烷氧基的物質(zhì)的量之比為(O. 25 6) I。
所述氨丙基三乙氧基硅烷與四甲氧基硅烷(或四乙氧基硅烷)的物質(zhì)的量之比為 (1: 9) (9 :1)。
步驟(I)中所述冷凍的溫度為_(kāi)5°C以下，冷凍的時(shí)間為IOmin以上。
步驟⑴中A液和B液的混合攪拌時(shí)間為30秒以上。
步驟(I)中，加入鹽酸時(shí)所述攪拌的時(shí)間為IOmin以上；氨丙基三乙氧基硅烷和丙酮混合時(shí)所述攪拌的時(shí)間為Imin以上。所述老化的時(shí)間為I天以上。
步驟(I)中丙酮浸泡凝膠以去除多余水的次數(shù)為> I次，每次浸泡時(shí)間> lh，每次所需丙酮和凝膠的體積比V[丙酮]:V[凝膠]彡2 I。
步驟(2)中改性完畢的凝膠在丙酮中的浸泡和洗滌次數(shù)為> I次，每次時(shí)間為彡lh，每次所需丙酮和凝膠的體積比V[丙酮]:V[凝膠]彡2 I。
凝膠在正戊烷中的溶劑交換次數(shù)為> I次，每次時(shí)間為> lh，每次所需正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V [凝膠]彡2 I。
所述聚合物單體為甲苯二異氰酸酯(TDI)、1，6環(huán)己烷二異氰酸酯低聚物 (N3200)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)或六亞甲基-二異氰酸酯(HDI)。聚合物單體溶液的溶劑為丙酮、乙腈或氯苯。所述聚合物單體溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_80%。
凝膠在聚合物單體溶液中的浸泡時(shí)間> I天。凝膠在聚合物單體溶液中的浸泡溫度為室溫或低溫，所述低溫指-25 0°C。
所述室溫為15 30°C。
凝膠在烘箱中的改性溫度為30_65°C，改性時(shí)間為一天以上，并且丙酮和凝膠的體積比V[丙酮]:V[凝膠]彡1:1。
步驟(3)所述常壓干燥可以為先在室溫干燥I天以上，再在烘箱中干燥I天以上，干燥烘箱的設(shè)定溫度為30 100°C。
步驟(I)中配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為(3 : 7) (7:3)。
所述A液的pH值為3-6。
本發(fā)明的有益效果為
1.在常壓條件下對(duì)凝膠進(jìn)行干燥，無(wú)需超臨界干燥。
2.氣凝膠的力學(xué)性能優(yōu)異，非常適于大規(guī)模應(yīng)用，在保溫隔熱等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
3.制備過(guò)程中無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例可以使本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例1 :
室溫(指15 30°C)下將四乙氧基硅烷(TEOS)、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后加入鹽酸攪拌30min得到A液，其pH值為5。同時(shí)，將氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至_15°C的冰箱中冷凍60min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液。混合液在室溫下靜置5-10min后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。其中，所述混合液中， 丙酮的物質(zhì)的量與TEOS和APTES的物質(zhì)的量之和之比為η (丙酮)(n (TEOS)+n (APTES)) =20 I ；TE0S 與 APTES 的物質(zhì)的量之比為 n(TEOS) n(APTES) = 7 3 ;水與 TEOS 和 APTES的烷氧基的物質(zhì)的量之比為η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的TDI丙酮溶液中于低溫(_20°C )下浸泡3天。3天后從溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，再將凝膠從密封中取出，放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h， 每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝膠]=3:1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥3天，隨后在60°C烘箱中干燥3天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
對(duì)所制備的聚合物改性SiO2氣凝膠進(jìn)行測(cè)試得知，體積密度為392kg/m3，孔隙率為67. 57 %，孔徑大小為2. 3-50nm,熱導(dǎo)率為O. 044W/ (m ·Κ)，彈性模量為14. 57MPa，抗壓強(qiáng)度為O. 26MPa，極限應(yīng)變?yōu)?5. 93%。
實(shí)施例2
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后加入鹽酸攪拌30min得到A 液，PH值為5。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至-15°C的冰箱中冷凍60min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液。混合液在室溫下靜置5-10min后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比，η(丙酮)(n(TEOS)+n(APTES))= 20 Ln(TEOS) n (APTES) =3 7，η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制 A 液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的TDI丙酮溶液中于低溫-10°C下浸泡3天。3天后取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，再將凝膠從密封中取出，然后放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝膠]=3:1。
將溶劑交換完畢的凝膠取`出于室溫下干燥3天，隨后在60°C烘箱中干燥3天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
對(duì)所制備的聚合物改性SiO2氣凝膠進(jìn)行測(cè)試得知，體積密度為293kg/m3，孔隙率為，孔徑大小為，熱導(dǎo)率為O. 035ff/(m ·Κ)，彈性模量為15. 80MPa，抗壓強(qiáng)度為O. 48MPa，極限應(yīng)變?yōu)?7. 70%。
實(shí)施例3
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后加入鹽酸攪拌30min得到A液， 其pH值為5。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至-15°C的冰箱中冷凍60min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液。混合液在室溫下靜置5-10min后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比η(丙酮)(n(TEOS)+n(APTES))= 20 Ln(TEOS) n(APTES) =7 3，η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制 A 液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的N3200丙酮溶液中于室溫下浸泡3天。3天后從改性溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，再將凝膠從密封中取出，然后放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次 12h，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3 天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝膠]=3:1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥3天，隨后在60°C烘箱中干燥3天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
對(duì)所制備的聚合物改性SiO2氣凝膠進(jìn)行測(cè)試得知，體積密度為434kg/m3，孔隙率為61. 81 %，孔徑大小為1. 88-50nm,熱導(dǎo)率為O. 052W/ (m · K)，彈性模量為15. 64MPa，抗壓強(qiáng)度為O. 28MPa，極限應(yīng)變?yōu)?gt; 59. 05%。
實(shí)施例4
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后，加入鹽酸攪拌30min得到A 液，PH值為5。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至_15°C的冰箱中冷凍60min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液?；旌弦菏覝叵蚂o置5-10min后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。其中，混合液中，η(丙酮)(n(TEOS)+n(APTES))= 20 1， n(TEOS) n(APTES) =7 3，η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的N3200丙酮溶液中于室溫下浸泡3天。3天后從改性溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至 60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，將凝結(jié)從密封的丙酮中取出，放入新鮮丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝膠]=3:1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥3天，隨后在60°C烘箱中干燥3天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
對(duì)所制備的聚合物改性SiO2氣凝膠進(jìn)行測(cè)試得知，體積密度為470kg/m3，孔隙率為58. 08%，孔徑大小為1. 88-100nm，熱導(dǎo)率為O. 064W/(m ·Κ)，彈性模量為17. lOMPa，抗壓強(qiáng)度為O. 26MPa，極限應(yīng)變?yōu)?gt; 51. 18%。
實(shí)施例5
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后，加入鹽酸攪拌30min得到A 液，pH為3。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至_20°C的冰箱中冷凍90min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液?；旌弦涸谑覝叵蚂o置5-10min內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為2. 5 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比η(丙酮)(n(TEOS)+n(APTES))= 30 Ln(TEOS) n(APTES) =3 7，η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制 A 液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的TDI丙酮溶液中于低溫_25°C下浸泡3天。3天后從改性溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，將其取出放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h，每次丙酮和凝膠的體積比為2 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝月父]=2 .1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥，干燥速率控制在O. 356g/h，干燥3天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
實(shí)施例6
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后加入鹽酸攪拌30min得到A液， pH為5。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至-15°C 的冰箱中冷凍60min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin 得到混合液?；旌弦涸谑覝叵蚂o置5-10min內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I 天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為2.5 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比η(丙酮)(n (TEOS)+n (APTES)) = 20 : 1， n(TEOS) n(APTES) =7 3，η(水)η(烷氧基)=2:1。此外，配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的TDI丙酮溶液中于低溫(_15°C )下浸泡3天。3天后從改性溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，將其取出放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h，每次丙酮和凝膠的體積比為2 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝月父]=2 .1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥3天，得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
實(shí)施例7:
室溫下將TE0S、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后加入鹽酸攪拌30min得到A 液，pH為3。同時(shí)，將APTES和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至_20°C的冰箱中冷凍120min。將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌Imin得到混合液?；旌弦涸?-10min內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化I 天，隨后放入丙酮中浸泡3天以去除多余的水，每I天換丙酮一次，每次丙酮和凝膠的體積比為3 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比η(丙酮)(n(TEOS)+n(APTES)) = 10 : 1， n(TEOS) n(APTES) =3 7，η(水)η(烷氧基)=1:1。此外，配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的TDI丙酮溶液中于低溫(_5°C )下浸泡3天。3天后從改性溶液中取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至60°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，將其取出放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次12h，每次丙酮和凝膠的體積比為2 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡3天以進(jìn)行溶劑交換，每12h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝月父]=2 .1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于恒溫恒濕(20°C，相對(duì)濕度60% )環(huán)境下干燥，干燥速率控制在O. 288g/h，干燥4天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
實(shí)施例8
室溫(指15 30°C )下將四甲氧基硅烷(TMOS)、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻后，加入鹽酸攪拌15min得到A液，A液的pH值為6。同時(shí)，將氨丙基三乙氧基硅烷(APTES) 和另一部分丙酮室溫下攪拌均勻得到B液，與A液一并轉(zhuǎn)移至_25°C的冰箱中冷凍lOmin。 將冷凍后的A液和B液從冰箱中取出于室溫下迅速混合并攪拌2min得到混合液。混合液在室溫下靜置5-10min后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。凝膠形成后在室溫下老化2天，隨后放入丙酮中浸泡I天以去除多余的水，丙酮和凝膠的體積比為2 I。其中，混合液中物質(zhì)的量之比η(丙酮)(n (TMOS) +n (APTES)) =5 1，n (TMOS) n (APTES) = I 9;η (水)η (烷氧基)=5 I。此外，配制A液時(shí)所用的丙酮和配制B液所用的丙酮的體積比為1:1。
將凝膠放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的1，6環(huán)己烷二異氰酸酯低聚物(N3200)的丙酮溶液中于室溫下浸泡2天。2天后取出凝膠并放入丙酮中密封，丙酮和凝膠的體積比為2 I。 密封后的凝膠轉(zhuǎn)移至35°C烘箱中放置3天以進(jìn)行改性。改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，將 其取出放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，共需3次，每次 2h，每次丙酮和凝膠的體積比為5 I。最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡2 天以進(jìn)行溶劑交換，每6h更換正戊烷I次。每次浸泡過(guò)程中正戊烷和凝膠的體積比V[正戊烷]:V[凝膠]=3:1。
將溶劑交換完畢的凝膠取出于室溫下干燥3天，隨后在80°C烘箱中干燥I天得到最終的聚合物改性SiO2氣凝膠。
權(quán)利要求
1.一種常壓干燥制備聚合物改性SiO2氣凝膠的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)、凝膠制備室溫下將四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷、水和一部分丙酮混合并攪拌均勻，隨后加入鹽酸攪拌得到A液；將氨丙基三乙氧基硅烷和另一部分丙酮室溫下混合并攪拌均勻得到B 液；將B液與A液冷凍，冷凍后的A液和B液于室溫下混合并攪拌得到混合液；混合液于室溫下靜置轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，凝膠在室溫下老化后放入丙酮中浸泡以便去除多余的水；(2)、凝膠改性將凝膠放入聚合物單體溶液中浸泡，而后從聚合物單體溶液中取出并放入丙酮中密封，密封后的凝膠在烘箱中放置使聚合物單體交聯(lián)以進(jìn)行改性，改性完畢的凝膠從烘箱中取出降至室溫，再將凝膠從密封中取出，放入丙酮中進(jìn)行浸泡和洗滌以去除未反應(yīng)的聚合物單體，最后，將丙酮洗滌完畢的凝膠放入正戊烷中浸泡以進(jìn)行溶劑交換；(3)、凝膠干燥溶劑交換完畢的凝膠從正戊烷中取出在常壓干燥得到聚合物改性SiO2氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中所述混合液中，丙酮的物質(zhì)的量四甲氧基娃燒或四乙氧基娃燒與氣丙基二乙氧基娃燒的物質(zhì)的量之和=(3 200) 1，水和烷氧基的物質(zhì)的量之比為(O. 25 6) I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氨丙基三乙氧基硅烷和四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷的物質(zhì)的量之比為(1: 9) (9 :1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟⑴中所述冷凍的溫度為_(kāi)5°C以下，冷凍的時(shí)間為IOmin以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述聚合物單體為甲苯二異氰酸酯、1，6 環(huán)己烷二異氰酸酯低聚物、二苯基甲烷二異氰酸酯或六亞甲基-二異氰酸酯；聚合物單體溶液的溶劑為丙酮、乙腈或氯苯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中，加入鹽酸時(shí)所述攪拌的時(shí)間為IOmin以上；氨丙基三乙氧基硅烷和丙酮混合時(shí)所述攪拌的時(shí)間為Imin以上；所述老化的時(shí)間為I天以上；A液的pH值為3-6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中丙酮浸泡凝膠以去除多余水的次數(shù)為I次以上，每次浸泡時(shí)間Ih以上，每次所需的丙酮和凝膠的體積比大于2:1;步驟(2)中改性完畢的凝膠在丙酮中的浸泡和洗滌次數(shù)為I次以上，每次時(shí)間為Ih以上，每次所需丙酮和凝膠的體積比大于2 I ；凝膠在正戊烷中的溶劑交換次數(shù)為I次以上，每次時(shí)間為Ih以上，每次所需正戊烷和凝膠的體積比大于2 I。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中凝膠在聚合物單體溶液中的浸泡時(shí)間為I天以上，凝膠在聚合物單體溶液中的浸泡溫度為室溫或低溫-25 0°C，所述室溫為15 30°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中凝膠在烘箱中的改性溫度為 30-65°C，改性時(shí)間為I天以上，并且丙酮和凝膠的體積比大于I。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中，所述常壓干燥為先在室溫干燥I天以上，再在溫度為30 100°C的烘箱中干燥I天以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的一種常壓干燥制備聚合物改性SiO2氣凝膠的方法，特別涉及一種常壓干燥制備聚合物改性SiO2氣凝膠的方法。本發(fā)明由硅烷水解和縮聚后得到凝膠，隨后將其在聚合物單體溶液中浸泡后使聚合物單體交聯(lián)，由此得到聚合物改性凝膠。聚合物改性凝膠在正戊烷中進(jìn)行溶劑交換后在常壓下干燥得到聚合物改性SiO2氣凝膠。本發(fā)明不但可以在常壓條件下實(shí)現(xiàn)SiO2氣凝膠的制備，而且氣凝膠的力學(xué)性能優(yōu)異，易于進(jìn)行大規(guī)模制備和應(yīng)用，在保溫隔熱等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B33/157GK103043672SQ20111031523
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者孔祥明, 楊海龍, 王傳月 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 大金工業(yè)株式會(huì)社