一種高采光率的二氧化硅氣凝膠顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于氣凝膠材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高采光率的二氧化硅氣凝膠顆粒的制備方法。本發(fā)明采用溶膠凝膠法，即采用有機(jī)硅元經(jīng)過酸堿兩步催化形成二氧化硅濕凝膠，經(jīng)老化結(jié)合超臨界干燥工藝，制備出超高采光率的二氧化硅氣凝膠材料。本發(fā)明具有原料易得、反應(yīng)過程簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。所得到的材料具有納米尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)，最高透光率為91.8%，在超級(jí)隔熱采光方面有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高采光率納米多孔材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在建筑節(jié)能、能 源、環(huán)保等方向有廣泛應(yīng)用的二氧化硅氣凝膠類材料的通用方法。 一種高采光率的二氧化硅氣凝膠顆粒的制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 能源消耗和環(huán)境污染是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)問題，也是智能城鎮(zhèn)化過程中的核心問 題。中國(guó)的建筑占總能耗46%，其中30%為建筑能耗而生產(chǎn)與建筑相關(guān)的材料、設(shè)備等能耗 占16%。窗體與屋頂采光節(jié)能前景巨大。超級(jí)隔熱采光窗是利用氣凝膠優(yōu)越的透光能力和 超級(jí)隔熱特性實(shí)現(xiàn)兼顧太陽光利用和室內(nèi)保溫的新型節(jié)能技術(shù)。超級(jí)隔熱采光窗是一種 采用納米多孔Si0 2氣凝膠夾層進(jìn)行隔熱和采光的窗體元件。超級(jí)隔熱采光窗的關(guān)鍵材料 為Si02氣凝膠，它是一類由納米量級(jí)的超細(xì)Si0 2微粒相互聚集構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)、并在孔 隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的一種無定形的高分散固態(tài)材料，其兼具宏觀特性與納米效應(yīng)的特 點(diǎn)使其具有超低的熱導(dǎo)率和較高的透光率，成為最具典型意義、研究最深入、絕熱性能最優(yōu) 異的超級(jí)絕熱材料和透光材料之一，然而不同尺度下，入射光經(jīng)Si0 2納米顆粒部分吸收和 散射后減少透過光能量也不同。常規(guī)一步法常壓干燥制備的二氧化硅粉末采光率在20%左 右，毫米級(jí)塊體的采光率在55%左右。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用范圍廣、成本低廉、反應(yīng)周期較短、可能工業(yè)放大 的高采光率二氧化硅氣凝膠材料的制備方法。其基本思路在于有機(jī)硅源通過酸堿兩步催化 的方法形成Si0 2凝膠，制備過程中省略蒸餾，縮短周期時(shí)間，將超臨界干燥后的樣品粉碎至 毫米級(jí)塊體。簡(jiǎn)化的酸堿二步催化提高采光率(減小初級(jí)粒子和次級(jí)團(tuán)簇的尺寸以降低光 的反射和散射)實(shí)現(xiàn)高采光率二氧化硅氣凝膠顆粒的制備、成型性提高與微結(jié)構(gòu)調(diào)控。具體 內(nèi)容如下： 本發(fā)明提供了一種高采光率的二氧化硅氣凝膠顆粒的制備方法，采用溶膠凝膠酸堿兩 步催化的方法，具體步驟如下： (1) 將正硅酸四乙酯、稀鹽酸、去離子水溶于有機(jī)溶劑并攪拌。其中，正硅酸四乙酯、有 機(jī)溶劑、去離子水、稀鹽酸的添加比例為80-120ml :65-85ml :10-16ml :0. 01-0. 05ml ; (2) 將步驟（1)所得的混合溶液在60-80攝氏度的溫度下回流15-30小時(shí)； (3) 將步驟2所得的溶液與有機(jī)溶劑混合并攪拌。其中溶液與有機(jī)溶液的添加比例為 l-5ml ：l〇-40ml ； (4) 將步驟（3)所得的溶液與適量氨水混合，靜置后得到濕凝膠； (5) 將步驟（4)所得的濕凝膠經(jīng)常溫老化后干燥，粉碎，即獲得所需的超高采光率的二 氧化娃納米多孔氣凝膠顆粒。
[0004] 本發(fā)明中，步驟（1)和步驟（3)中所述的有機(jī)溶液為乙醇或乙腈。
[0005] 本發(fā)明中，步驟（6)中的干燥方法為超臨界流體干燥。
[0006] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明具有原料易得、反應(yīng)過程簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。所 得到的材料具有納米尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)，最高透光率為91. 8%，在超級(jí)隔熱采光方面有廣闊的應(yīng) 用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1實(shí)施例1樣品的掃描電子顯微鏡照片； 圖2實(shí)施例1樣品的可見光波段的透過率曲線。
[0008] 圖3實(shí)施例2樣品的可見光波段的透過率曲線。
[0009] 圖4實(shí)施例3樣品的可見光波段的透過率曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 以下通過實(shí)施例及附圖進(jìn)一步具體說明本發(fā)明。（各原料均為市售原料，無特別說 明純度均為化學(xué)純或分析純等級(jí))。
[0011] 實(shí)施例1 :高采光率二氧化硅氣凝膠顆粒的制備 將正硅酸四乙酯，乙醇，去離子水，稀鹽酸以100:78:13:0. 02的比例混合磁力攪拌所 得溶液在75攝氏度左右的溫度油浴加熱回流24小時(shí)，得到CS溶液。將CS溶液與乙腈按 照1 :40的比例混合磁力攪拌2-3分鐘，滴加適量的氨水，靜置凝固。將所得凝膠上覆蓋一 層無水乙醇，間隔每隔8-12小時(shí)替換一次酒精，共替換3次，待凝膠老化成型即可得SiOjM 凝膠。用此種兩步溶膠凝膠法經(jīng)超臨界干燥后粉碎可得到二氧化硅氣凝膠顆粒。其實(shí)物照 片如圖1所示。圖1中的掃描電子顯微鏡照片則表明，該材料具有納米量級(jí)的網(wǎng)絡(luò)組成的相 互貫通的多孔結(jié)構(gòu)。圖2為五次所測(cè)的透過率平均值表明樣品的光學(xué)性能，可見光波段真 實(shí)透過率為73. 75911% (±0.32899%)，而中空玻璃的真實(shí)透過80. 34647% (±0.98072%)， 填充樣品后，透光率相對(duì)中空玻璃為91. 801%。綜合測(cè)試結(jié)果表明，該材料為具有高采光率 的二氧化娃氣凝膠顆粒。
[0012] 實(shí)施例2 :將正硅酸四乙酯，乙醇，去離子水，稀鹽酸以120:85:16:0.05的比例混 合磁力攪拌所得溶液在75攝氏度左右的溫度油浴加熱回流24小時(shí)，得到CS溶液，將CS溶 液與乙腈按照1 :10的比例混合磁力攪拌2-3分鐘，滴加適量的氨水，靜置凝固。將所得凝 膠上覆蓋一層無水乙醇，間隔每隔8-12小時(shí)替換一次酒精，共替換3次，待凝膠老化成型即 可得Si0 2濕凝膠。用此種兩步溶膠凝膠法經(jīng)超臨界干燥后粉碎可得二氧化硅氣凝膠顆粒。 圖3為實(shí)施例2五次所測(cè)的透過率平均值表明樣品的光學(xué)性能，可見光波段真實(shí)透過率為 71. 7068% ( ±0. 07937%)，而中空玻璃的真實(shí)透過80. 34647% ( ±0. 98072%)，填充樣品后，透 光率相對(duì)中空玻璃為89. 24%。
[0013] 實(shí)施例3 :正硅酸四乙酯，乙醇，去離子水，稀鹽酸以90:70:11. 5:0. 02的比例混合 磁力攪拌所得溶液在75攝氏度左右的溫度油浴加熱回流24小時(shí)，得到CS溶液，將CS溶液 與乙腈按照1 :20的比例混合磁力攪拌2-3分鐘，滴加適量的氨水，靜置凝固。將所得凝膠 上覆蓋一層無水乙醇，間隔每隔8-12小時(shí)替換一次酒精，共替換3次，待凝膠老化成型即可 得Si0 2濕凝膠。用此種兩步溶膠凝膠法經(jīng)超臨界干燥后粉碎可得到二氧化硅氣凝膠顆粒。 圖4為實(shí)施例3五次所測(cè)的透過率平均值表明樣品的光學(xué)性能，可見光波段真實(shí)透過率為 65. 50556% (±0. 57128%)，而中空玻璃的真實(shí)透過80. 34647% (±0. 98072%)，填充樣品后， 透光率相對(duì)中空玻璃為81. 52886%。
[0014] 實(shí)施例4 :正硅酸四乙酯，乙醇，去離子水，稀鹽酸以110:80:14. 5:0. 04的比例混 合磁力攪拌所得溶液在75攝氏度左右的溫度油浴加熱回流24小時(shí)，得到CS溶液，將CS溶 液與乙腈按照1 :30的比例混合磁力攪拌2-3分鐘，滴加適量的氨水，靜置凝固。將所得凝 膠上覆蓋一層無水乙醇，間隔每隔8-12小時(shí)替換一次酒精，共替換3次，待凝膠老化成型即 可得Si0 2濕凝膠。用此種兩步溶膠凝膠法經(jīng)超臨界干燥后粉碎可得到二氧化硅氣凝膠顆 粒。
[0015] 實(shí)施例5 :正硅酸四乙酯，乙醇，去離子水，稀鹽酸以80:65:10:0. 01的比例混合磁 力攪拌所得溶液在75攝氏度左右的溫度油浴加熱回流24小時(shí)，得到CS溶液，將CS溶液與 乙腈按照1 :30的比例混合磁力攪拌2-3分鐘，滴加適量的氨水，靜置凝固。將所得凝膠上 覆蓋一層無水乙醇，間隔每隔8-12小時(shí)替換一次酒精，共替換3次，待凝膠老化成型即可得 Si02濕凝膠。用此種兩步溶膠凝膠法經(jīng)超臨界干燥后粉碎可得到二氧化硅氣凝膠顆粒。
【權(quán)利要求】
1. 一種高采光率的二氧化硅氣凝膠顆粒的制備方法，其特征在于采用溶膠凝膠酸堿兩 步催化的方法，具體步驟如下： (1) 將正硅酸四乙酯、稀鹽酸、去離子水溶于有機(jī)溶劑中，攪拌均勻，其中：正硅 酸四乙酯、有機(jī)溶劑、去離子水、稀鹽酸的添加比例為80-120ml :65-85ml :10-16ml : 0. 01-0. 05ml ; (2) 將步驟（1)所得的混合溶液在60-80攝氏度的溫度下回流15-30小時(shí)； (3) 將步驟（2)所得的溶液與有機(jī)溶劑混合并攪拌，其中步驟（2)所得溶液與有機(jī)溶劑 的添加比例為l-5ml :10-40ml ; (4) 將步驟（3)所得的溶液與氨水混合，靜置后得到濕凝膠； (5) 將步驟（4)所得的濕凝膠經(jīng)常溫老化后干燥，粉碎，即獲得所需的高采光率的二氧 化娃氣凝膠顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟（1)和步驟（3)中所述的有機(jī)溶 液為乙醇或乙腈中任一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟（5)中的干燥方法為超臨界流體 干燥。
【文檔編號(hào)】C01B33/16GK104108720SQ201410319924
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】周斌, 閆彭, 杜艾, 沈軍, 張志華, 王虹 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué), 浙江省普瑞科技有限公司