專利名稱：一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣凝膠，尤其是涉及以工業(yè)水玻璃為原料，采用二次改性法并通過快速溶劑替換，常壓干燥的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化硅(SiO2)氣凝膠是一種固體相顆粒，顆?？紫洞笮【鶠榧{米量級的新型多孔功能材料，連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在納米尺度控制和剪裁。因其具有半透明性和超輕重量，二氧化硅氣凝膠有時(shí)也被稱為“固態(tài)煙”或“凍煙”。二氧化硅氣凝膠具有許多獨(dú)特的性能，如高比表面積、高孔隙率、高熱絕緣性、低密度、超低介電常數(shù)及低折射系數(shù)等，性能可隨著對其結(jié)構(gòu)的控制而具有連續(xù)可調(diào)性。二氧化硅氣凝膠具有的優(yōu)異性能使之在隔熱保 溫、熱絕緣、催化、節(jié)能環(huán)保、石油化工、藥物釋放、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在基礎(chǔ)研究方面，氣凝膠的分形結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)生長機(jī)制、低溫?zé)釋W(xué)性質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)骨架與分子間的相互作用等已成為凝聚態(tài)物理研究的前沿，引起研究者的極大關(guān)注。目前溶膠-凝膠法是制備二氧化硅氣凝膠的主要方法，制備過程中涉及水洗、醇水替換、超臨界干燥等步驟，工藝復(fù)雜低效、周期較長、產(chǎn)品純度難以保證。后來利用硅酯通過一步催化溶膠-凝膠法在CO2超臨界干燥下制備出密度更低的二氧化硅氣凝膠，才使氣凝膠的研究更進(jìn)一步。目前二氧化硅氣凝膠的研究重點(diǎn)主要集中在采用不同的硅源前驅(qū)體和合成路徑的優(yōu)化上，以達(dá)到降低成本、縮短周期、實(shí)驗(yàn)條件更安全、促進(jìn)氣凝膠商業(yè)化生產(chǎn)的目的。經(jīng)過學(xué)者們的大量工作，目前已經(jīng)報(bào)道了在常壓干燥下以正硅酸四乙酯(TEOS)或正硅酸四甲酯(TMOS)為硅源前驅(qū)體制備性能優(yōu)異的二氧化硅氣凝膠。如本申請人取得常壓干燥制備的二氧化硅氣凝膠比表面積可達(dá)1000m2/g，密度O. Γ0. 2g/cm3，疏水角達(dá)157°。但硅酯類硅源前驅(qū)體價(jià)格貴，且正硅酸甲酯有毒、易致盲，因此該制備方法存在環(huán)保和安全問題。水玻璃具有價(jià)格低廉、材料易得等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)二氧化硅氣凝膠的首選原材料。水玻璃又稱硅酸鈉，其用途非常廣泛，幾乎遍布國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，在化工系統(tǒng)中被用于制備硅膠、沸石分子篩、硅溶膠、硅酸鉀鈉等硅化物的基本原料，以水玻璃為原料的深加工系列產(chǎn)品已達(dá)幾十種，近年來以水玻璃為硅源材料制備氣凝膠的研究越來越受到重視。但是，目前以水玻璃為前驅(qū)體常壓干燥制備的二氧化硅氣凝膠一般都為粉末狀，工藝過程復(fù)雜，合成過程中溶劑消耗量大，而且制備得到的二氧化硅氣凝膠與采用硅酯類前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠在性能也有一定的差距。水玻璃的主要成分為Na2O · HiSiO2，為了去除鈉離子對形成氣凝膠的影響，目前主要將按配比稀釋好的水玻璃水溶液通過強(qiáng)酸性離子交換樹脂以制備硅溶膠，也有采用去離子水洗滌凝膠的方法去除凝膠孔洞中的鈉離子等。公開號為CN101538046A的中國專利公開了一種使用粉煤灰制備二氧化硅氣凝膠和沸石的方法。該方法提供了一種高效資源化利用粉煤灰的新途徑，也解決了粉煤灰廢棄所造成的環(huán)境污染問題。在方法一中，用硫酸催化水玻璃凝膠，再用去離子水在72h內(nèi)多次定時(shí)浸泡二氧化硅凝膠去除其中的鈉離子，對二氧化硅凝膠進(jìn)行溶劑替換和表面改性處理制備氣凝膠。也有人采取用去離子水?dāng)?shù)次洗滌二氧化硅水凝膠，但這種方法顯然難以大量去除水凝膠中的鈉離子，在干燥后最終殘留在二氧化硅氣凝膠中，影響氣凝膠的純度和性能，而且也增加了二氧化硅氣凝膠的合成周期。對于常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠的研究領(lǐng)域中，二氧化硅氣凝膠骨架疏水改性的優(yōu)劣是在常壓干燥情況下能否得到二氧化硅氣凝膠，以及得到二氧化硅氣凝膠的各種性能好壞的重要步驟。目前主要采用有機(jī)硅烷對氣凝膠進(jìn)行疏水改性，但是水玻璃為硅源前驅(qū)體形成的二氧化硅水凝膠孔洞中的水分對凝膠的改性過程有重要影響。由于有機(jī)硅烷改性劑與水的反應(yīng)活性要比與二氧化硅凝膠骨架上的Si-OH的反應(yīng)活性強(qiáng)，故改性劑與二氧化硅水凝膠中的孔洞水分大量反應(yīng)，凝膠骨架疏水改性過程失效，使用大量的改性劑可以克服該問題。公開號為CN102179230A的中國專利以水玻璃為原料，常壓干燥制備了一種賦磁性的二氧化硅氣凝膠，氣凝膠的比表面積500m2/g，與水的接觸角11(Γ120°。但在制備過程中，采用了大量的有機(jī)硅改性劑(三甲基氯硅烷，六甲基二硅胺烷，二甲基二氯硅烷等)，使得二氧化硅氣凝膠的制備成本顯著提高。 目前將二氧化硅水凝膠醇化形成二氧化硅醇凝膠是克服該問題的主要方法，以無水乙醇替換骨架為親水性的二氧化硅水凝膠孔洞中的水溶液，往往需要長時(shí)間將凝膠浸泡于大量的無水乙醇溶液中或者使用一定量的無水乙醇中多次溶劑替換凝膠中的水溶液。如在公開號為CN102020285A的中國專利提到了將凝膠放在無水乙醇或異丙醇中浸泡24h，再用無水乙醇或異丙醇洗滌兩遍，最后得到的氣凝膠粉末密度為O. Γ0. 18g/cm3,比表面積50(T700m2/g，平均孔徑15 20nm。在公開號為101164881A的中國專利為了制備二氧化硅氣凝膠微球，將凝膠得到的水凝膠微球先后在V# : Vi7j^ll=I: I的無水乙醇溶液和無水乙醇中分別浸泡28h以得到二氧化娃醇凝膠微球。國外A. Parvathy Rao等人在制備氣凝膠的過程中也將老化后的水凝膠放入乙醇溶液中再36h內(nèi)溶劑交換3次。在公開號為CN101538046A的中國專利公開了一種使用粉煤灰制備二氧化硅氣凝膠和沸石的方法。采用合成的水玻璃制備二氧化硅氣凝膠。方法之一是用硫酸催化水玻璃凝膠，再用去離子水在72h內(nèi)多次定時(shí)浸泡二氧化硅凝膠去除其中的鈉離子，對二氧化硅凝膠進(jìn)行溶劑替換和表面改性處理制備氣凝膠。北京科技大學(xué)的學(xué)者也采取去離子水?dāng)?shù)次洗滌二氧化硅水凝膠，但這種方法顯然難以大量去除水凝膠中的鈉離子，最終干燥后殘留在二氧化硅氣凝膠中，影響氣凝膠的純度和性能，增加了二氧化硅氣凝膠的合成周期。方法之二是將離子交換后的硅酸形成的水凝膠在無水乙醇中浸泡24h后，在體積比為2:3:30的乙醇、三甲基氯硅烷和正己烷的混合溶液中改性，最后經(jīng)干燥制備二氧化硅氣凝膠，得到的氣凝膠密度為O. 12g/cm3,比表面積為907m2/g，孔體積為4. 875cc/g。公開號為CN102179230A的中國專利以水玻璃為原料，常壓干燥制備了一種賦磁性的二氧化硅氣凝膠，氣凝膠的比表面積500m2/g，與水的接觸角11(Γ120°。但制備過程中采用了大量的有機(jī)硅改性劑(三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷、二甲基二氯硅烷等)，使得二氧化硅氣凝膠的制備成本顯著提高。目前由水玻璃為硅源前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠所需的硅烷改性劑用量為二氧化硅濕凝膠體積的廣10倍遠(yuǎn)大于硅酯類前驅(qū)體制備過程中的消耗量。2006年以來，國外Sharad. D Bhagat在凝膠形成過程中添加多功能表面改性劑，以水玻璃為前驅(qū)體在常壓干燥工藝下制備二氧化硅氣凝膠粉體，比表面積473 776m2/g，密度O. Γ0. 309g/cm3，該方法得到的樣品是不透明的白色粉體，機(jī)械強(qiáng)度較差。但是制備時(shí)間短，工藝簡單，合成過程中替換溶劑正己烷和改性劑硅烷的消耗量也較低。本申請人在中國專利CN101372337A中公開了一種成本低廉、工藝簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)過程可控，且可連續(xù)化生產(chǎn)的共前驅(qū)體法常壓干燥制備透明二氧化硅氣凝膠的方法。共前驅(qū)體表面改性法已成功應(yīng)用于以正硅酸四乙酯(TEOS)為硅源前驅(qū)體制備二氧化硅氣凝膠的研究中，如本申請人申請的常壓制備二氧化硅氣凝膠的技術(shù)。但是如何將此方法應(yīng)用于以水玻璃制備二氧化硅氣凝膠卻少有研究。目前，以水玻璃為前驅(qū)體制備二氧化硅氣凝膠的研究存在的主要問題包括合成周期長，合成過程中溶液和有機(jī)硅改性劑消耗量過多導(dǎo)致成本過高；氣凝膠綜合性能較差；氣凝膠孔洞中存在一定量的殘余雜質(zhì)等。如何在常壓干燥下簡易、低成本并快速地制備性能優(yōu)異二氧化硅氣凝膠成為該課題發(fā)展的重要瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、工藝簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)過程可控，且可連續(xù)化生產(chǎn)，采用二次改性法常壓干燥的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法。本發(fā)明所述一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，包括以下步驟I)溶液的配置和硅源共前驅(qū)體的水解將烷氧基硅烷、水玻璃溶液和去離子水混合，使烷氧基硅烷水解于去離子水中，得到溶液A ;按摩爾比，水玻璃烷氧基硅烷去離子水=I (O. 2^0. 6) (3(T40);所述烷氧基硅烷為甲基三乙氧基硅烷(MTES)或甲基三甲氧基硅烷(MTMS)；2)離子交換及凝膠制備二氧化硅水凝膠將步驟I)配制的溶液A加入強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂，靜置進(jìn)行離子交換，然后抽濾得到pH=2 3的溶液，再加入氨水調(diào)節(jié)體系pH值為8 8. 5，得到二氧化硅溶膠，然后將二氧化硅溶膠轉(zhuǎn)移到容器中靜置，即制得二氧化硅水凝膠；按體積比，溶液A 強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂=1 (O. 5 2)；3 ) 二氧化硅凝膠的老化、醇化、改性、常壓干燥將步驟2)得到的二氧化硅水凝膠浸沒于無水乙醇溶液中進(jìn)行凝膠的老化和醇化，再將醇化后所得的凝膠浸沒在三甲基氯硅烷(TMCS)、無水乙醇和正己烷的混合溶液中，進(jìn)行表面改性，改性后的凝膠進(jìn)行常壓干燥，即得到塊體狀透明二氧化硅氣凝膠。在步驟2)中，所述離子交換靜置時(shí)間可為5 20min ;所述將二氧化硅溶膠轉(zhuǎn)移到容器中靜置的靜置時(shí)間可為10 60min。在步驟3)中，所述無水乙醇與二氧化硅水凝膠的體積比可為I : (I. 2 2、;所述老化和醇化的溫度可為25飛(TC，老化和醇化的時(shí)間可為24 48h ;所述醇化后所得的凝膠浸泡于三甲基氯硅烷(TMCS)、無水乙醇和正己烷的混合溶液中，最好是在密封條件下浸泡1 2天，按體積比，三甲基氯硅烷(TMCS)無水乙醇正己烷=I (Γ3) (6 8);所述常壓干燥的工藝流程最好為所述改性后的凝膠在45飛(TC保溫6 8h，然后升溫至65 70°C，再保溫6 8h，再升溫至120°C，再保溫4 6h，最后升溫至200°C，再保溫4 8h，隨后爐冷至室溫，整個(gè)干燥過程升溫速度為1 5°C /min。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所述的透明二氧化硅氣凝膠的制備方法是在空氣氣氛中，常壓低溫干燥熱處理下進(jìn)行。在溶膠-凝膠階段通過加入MTES或MTMS對離子交換后的硅酸一起反應(yīng)，進(jìn)行表面初步改性，在凝膠老化骨架增強(qiáng)的過程中同時(shí)可以進(jìn)行凝膠的快速醇化，即一步溶劑替換，使用無水乙醇替換凝膠納米孔洞中的水，再采用TMCS進(jìn)行二次改性。最后在常壓干燥下制備得到表面帶有疏水性基團(tuán)的二氧化硅氣凝膠，氣凝膠表現(xiàn)為疏水性。制備的二氧化硅氣凝膠成塊性較好，孔徑分布相對集中((T50nm)，大小均勻。二氧化硅氣凝膠為納米多孔結(jié)構(gòu)，密度O. Γ0. 2g/cm3，孔隙率90% 96%，比表面積65(T850m2/g，疏水角為145°左右。本發(fā)明所述的透明二氧化硅氣凝膠的制備方法提供了一種簡易、快速、低成本的透明塊狀二氧化硅氣凝膠的制備方法，此方法的創(chuàng)新性為，在水玻璃的離子交換階段引入少量的帶有疏水基團(tuán)的MTES或MTMS等作為共前驅(qū)體改性劑，而且控制共前驅(qū)體改性劑的水解時(shí)間，才能成功合成透明均勻的凝膠。形成凝膠后，進(jìn)行凝膠的老化和一步快速溶劑替 換凝膠醇化，共前驅(qū)體改性劑最主要起到排出孔洞水分，使凝膠快速醇化的作用，而且共前驅(qū)體的引入還有利于二氧化硅氣凝膠常壓干燥的孔洞保護(hù)。另外，為了使合成的二氧化硅氣凝膠性能更優(yōu)異，本發(fā)明開創(chuàng)性地引入了凝膠表面衍生法即二次改性，使凝膠縮聚殘留的Si-OH基團(tuán)完全被Si-CH3取代，同時(shí)將凝膠孔洞中的醇溶液替換為表面張力系數(shù)更小的正己烷，最后常壓干燥才可得到優(yōu)異性能的二氧化硅氣凝膠。目前水玻璃通過離子交換后的硅酸溶液形成的二氧化硅水凝膠，內(nèi)部孔表面帶有大量縮聚反應(yīng)殘余的Si-OH基團(tuán)，使得凝膠呈親水性。在二氧化硅水凝膠浸沒于無水乙醇溶液進(jìn)行溶劑替換的過程中，僅僅依靠凝膠與外部浸泡溶液的濃度差進(jìn)行緩慢擴(kuò)散，造成凝膠醇化往往需要多次多溶劑消耗和長時(shí)間溶劑替換。本方法中通過共前驅(qū)體硅烷的改性作用，使得二氧化硅水凝膠內(nèi)部孔表面帶有-CH3疏水基團(tuán)，二氧化硅骨架具備一定的疏水性。在凝膠老化的過程中同時(shí)通過溶劑替換使水凝膠醇化，由于凝膠孔洞中的-CH3疏水基團(tuán)對孔洞中的水溶液具有一定的排斥作用，從而促進(jìn)了水凝膠孔洞中的水份與浸泡溶液無水乙醇的溶劑替換，使得二氧化硅水凝膠孔洞含水量大量減少，同時(shí)也避免了由于多次溶劑替換產(chǎn)生的合成周期及溶劑消耗增加的問題。在共前驅(qū)體法改性的基礎(chǔ)上，由于凝膠含水量大量減少，使得常用的疏水改性有機(jī)硅烷的消耗量大幅降低，其次，在有機(jī)硅烷的改性過程中，凝膠孔洞中殘余的水溶液與硅烷的反應(yīng)以及水溶液由凝膠孔洞中的排出是同時(shí)進(jìn)行的。目前，一般的改性過程中水溶液大多被改性娃燒反應(yīng)而少量排出凝膠體系外，本發(fā)明由于凝膠骨架的疏水性卻加快了改性過程水的排除，也進(jìn)一步降低了有機(jī)硅烷的消耗量，從而使二氧化硅氣凝膠的合成成本進(jìn)一步降低。本發(fā)明避免了昂貴的硅源前驅(qū)體的使用，采用了在工業(yè)化中大規(guī)模生產(chǎn)的水玻璃溶液，解決了目前以常壓干燥大規(guī)模制備二氧化硅氣凝膠的最主要問題之一。同時(shí)在制備過程中減少了各種溶劑和昂貴的硅烷改性劑的消耗量，水凝膠同時(shí)老化和醇化，克服了采取的水凝膠先老化后醇化過程增長合成周期的問題。醇化過程的替換溶劑無水乙醇消耗量(略高于水凝膠體積)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前大多數(shù)合成過程中的消耗量，并且一步即可達(dá)到凝膠醇化效果，克服了一步大量溶劑需求或者多步溶劑替換帶來的許多不利因素，有利于商業(yè)化大規(guī)模制備二氧化硅氣凝膠。本方法中硅烷改性劑的消耗量已經(jīng)與正硅酸四乙酯為前驅(qū)體合成過程中的改性消耗量一致，克服了常壓干燥水玻璃合成二氧化硅氣凝膠昂貴及硅烷改性劑高消耗量的缺點(diǎn)，而且由本方法制備得到的二氧化硅氣凝膠也具有非常優(yōu)異的物理和結(jié)構(gòu)性能，基本性能參數(shù)可以與用昂貴前驅(qū)體TEOS制備得到的氣凝膠相媲美。由于MTES或MTMS的加入，使得-CH3更加均勻的分布在氣凝膠內(nèi)外骨架上，二氧化硅氣凝膠呈塊狀，也克服了用水玻璃為前驅(qū)體得到的氣凝膠大多為粉末的缺點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I制備的二氧化硅氣凝膠的合成樣品照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I與比較例I制備的二氧化硅氣凝膠的N2吸脫附等溫曲線圖。在圖2中，橫坐標(biāo)為相對壓力(P/PJ;縱坐標(biāo)為吸附體積(cm3/g)。曲線I為以水玻璃 為前驅(qū)體，MTES為共前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠的N2吸脫附等溫曲線圖；曲線2為僅以水玻璃為前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠的N2吸脫附等溫曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I與比較例I制備的二氧化硅氣凝膠的孔徑分布圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為孔徑Um);縱坐標(biāo)為孔體積(cm3/g)。曲線I為以水玻璃為前驅(qū)體，MTES為共前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠的孔徑分布圖；曲線2為僅以水玻璃為前驅(qū)體制備的二氧化硅氣凝膠的孔徑分布圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例I制備的二氧化硅氣凝膠的紅外光譜圖。在圖4中，橫坐標(biāo)為波數(shù)(cnT1);縱坐標(biāo)為透過率(％)。從左至右標(biāo)出的化學(xué)鍵依次為-CH3, -CH2, Si-O-Si,Si-C, Si-O-Si，Si-O-Si。圖5為本發(fā)明實(shí)施例I制備的二氧化硅氣凝膠的掃描電鏡圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例I制備的二氧化硅氣凝膠的接觸角圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I原料摩爾比為水玻璃MTES :水=I O. 3 35，將I. 7ml的MTES，5ml的水玻璃溶液和12. 5ml的去離子水混合攪拌48h，再將混合溶液通入25ml的強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂中，IOmin后抽濾得到pH=2 3的硅溶膠，邊攪拌邊加入一定量的氨水，使體系最終的pH值在8. O。IOmin后停止攪拌，將SiO2溶膠靜置24h，待樣品凝膠。將凝膠置于無水乙醇溶液中進(jìn)行老化和溶劑替換，老化溫度為30°C，老化后將凝膠樣品浸沒于溶液配料體積比為三甲基氯硅烷(TMCS):無水乙醇正己烷=1 (4ml) I 8的混合溶液中改性2天，用正己烷洗去改性液，將樣品浸泡在正己烷中常壓下升溫干燥。干燥工藝為凝膠樣品在45 50°C下保溫6h，再以1°C /min的速率升溫至65°C，保溫7h，再以I °C /min的速率升溫至120°C，并保溫5h，最后以IV /min的速度升溫至200°C，保溫6h，隨后隨冷至室溫，即得到透明二氧化硅氣凝膠。圖I 5為本實(shí)施例樣品的相關(guān)結(jié)果，其他的性能參數(shù)見表I。為了比較MTES加入對二氧化硅氣凝膠制備的影響，下面以水玻璃離子交換后得到的純硅溶膠并在相同的合成條件下制備二氧化硅氣凝膠，并比較二氧化硅氣凝膠的性能參數(shù)原料摩爾比為水玻璃水=I 35，將5ml的水玻璃溶液和12. 5ml的去離子水混合攪拌48h，再混合溶液通入25ml的強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂中，IOmin后抽濾得到pH=2 3的硅溶膠，邊攪拌邊加入一定量的氨水，使體系最終的PH值在8. O左右。IOmin后停止攪拌，將SiO2溶膠靜置24h，待樣品凝膠。老化后將凝膠樣品浸沒于溶液配料體積比為TMCS 無水乙醇正己烷=l(4ml) : I 8的混合溶液中改性2天，用正己烷洗去改性液，將樣品浸泡在正己烷中常壓下升溫干燥。干燥工藝為凝膠樣品在45飛(TC下保溫6h，再以1°C /min的速率升溫至65°C，保溫7h，再以1°C /min的速率升溫至120°C，并保溫5h，最后以1°C /min的速度升溫至200°C，保溫6h，隨后隨冷至室溫，即得到透明二氧化硅氣凝膠。相關(guān)性能參數(shù)見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)溶液的配置和硅源共前驅(qū)體的水解 將烷氧基硅烷、水玻璃溶液和去離子水混合，使烷氧基硅烷水解于去離子水中，得到溶液A ;按摩爾比，水玻璃烷氧基硅烷去離子水=I (0.2、.6): (3(T40);所述烷氧基娃燒為甲基二乙氧基娃燒或甲基二甲氧基娃燒； 2)離子交換及凝膠制備二氧化硅水凝膠 將步驟I)配制的溶液A加入強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂，靜置進(jìn)行離子交換，然后抽濾得到pH=2"3的溶液,再加入氨水調(diào)節(jié)體系pH值為8 8. 5，得到二氧化硅溶膠，然后將二氧化硅溶膠轉(zhuǎn)移到容器中靜置，即制得二氧化硅水凝膠；按體積比，溶液A :強(qiáng)酸性苯乙烯樹脂=1 (O. 5 2)； 3 ) 二氧化硅凝膠的老化、醇化、改性、常壓干燥 將步驟2)得到的二氧化硅水凝膠浸沒于無水乙醇溶液中進(jìn)行凝膠的老化和醇化，再將醇化后所得的凝膠浸沒在三甲基氯硅烷、無水乙醇和正己烷的混合溶液中，進(jìn)行表面改性，改性后的凝膠進(jìn)行常壓干燥，即得到塊體狀透明二氧化硅氣凝膠。
2.如權(quán)利要求I所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述離子交換靜置時(shí)間為5 20min ;所述將二氧化硅溶膠轉(zhuǎn)移到容器中靜置的靜置時(shí)間為10 60min。
3.如權(quán)利要求I所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述無水乙醇與二氧化硅水凝膠的體積比為I : (I. 2 2)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述老化和醇化的溫度為25飛(TC，老化和醇化的時(shí)間為24 48h。
5.如權(quán)利要求I所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述醇化后所得的凝膠浸泡于三甲基氯硅烷、無水乙醇和正己烷的混合溶液中，是在密封條件下浸泡廣2天，按體積比，三甲基氯硅烷無水乙醇正己烷=I (Γ3) (6 8)。
6.如權(quán)利要求I所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述常壓干燥的工藝流程為改性后的凝膠在45飛(TC保溫6 8h，然后第I次升溫至65^700C，再保溫6 8h，再第2次升溫至120°C，再保溫4 6h，最后第3次升溫至200°C，再保溫4 8h，隨后爐冷至室溫。
7.如權(quán)利要求6所述的一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于所述第I次升溫、第2次升溫和第3次升溫的升溫速度均為f 5°C /min。
全文摘要
一種透明二氧化硅氣凝膠的制備方法，涉及一種氣凝膠。提供一種成本低廉、工藝簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)過程可控，且可連續(xù)化生產(chǎn)，采用二次改性法常壓干燥的透明二氧化硅氣凝膠的制備方法。1)溶液的配置和硅源共前驅(qū)體的水解；2)離子交換及凝膠制備二氧化硅水凝膠；3)二氧化硅凝膠的老化、醇化、改性、常壓干燥。
文檔編號C01B33/16GK102897779SQ201210439670
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者程璇, 邵再東, 張霄翔 申請人:廈門大學(xué)