本發(fā)明涉及一種氣凝膠材料，特別涉及一種氣凝膠球及其制備方法，屬于納米多孔材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氣凝膠是一種由納米粒子或高聚物分子構(gòu)成的多孔性固態(tài)材料，具有密度低、孔隙率高、孔分布均勻等特點。其特有的納米尺寸孔洞結(jié)構(gòu)使得它在熱學、聲學、電學、光學等方面表現(xiàn)出獨特的性質(zhì),在諸多領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。

近年來,微球型功能材料的制備是材料界的熱門話題之一，它為功能材料的應用開拓了許多新的領(lǐng)域,但至今制備氣凝膠球的研究報道很少，因此氣凝膠球材料的制備研究具有重要的意義。

例如，CN1546225A公開了一種TiO₂/二氧化硅氣凝膠球的制備方法，其成球工藝為：成球凝膠形成容器中裝有氨水，表面活性劑和煤油，將溶劑向凝膠形成器中滴加。但該制備工藝中使用氨水量大，溶膠不容易成球，油相不易回收再利用。

又例如，CN104163431A公開了一種制備毫米級二氧化硅氣凝膠球的方法，其成球工藝為：將氨水和二氧化硅醇溶膠通過蠕動泵進入靜態(tài)混合器混合，再從底部流入盛有大豆油和乙醇的凝膠形成器內(nèi)，形成毫米級別的二氧化硅凝膠球。但采用的超臨界干燥工藝對設(shè)備要求高，條件控制和操作困難。

又例如，CN104891510A公開了一種采用常壓干燥制備毫米級SiO₂氣凝膠球的方法，其成球工藝為：將pH值為2～3的硅溶膠在室溫下靜置水解12～24h后，調(diào)節(jié)pH值為4～6，然后滴加到疏水角大90度的SiO₂氣凝膠粉體上，再于空氣中靜置凝膠化1～2h，形成球狀濕凝膠；在無水乙醇中浸泡后，進行多次陳化、老化處理后改性、干燥，得到毫米級SiO₂氣凝膠球。但該工藝操作復雜，時間長，且所獲氣凝膠球大小難以控制，強度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種改良的氣凝膠球制備方法及氣凝膠球，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

在一些實施例中提供了一種氣凝膠球的制備方法，其包括：

將氣凝膠粉體材料、水性粘結(jié)劑以及可選擇性添加或不添加的添加劑均勻混合制成氣凝膠漿料；

將所述氣凝膠漿料均勻滴落在主要由氣凝膠粉體材料均勻平鋪形成的載臺上，形成氣凝膠小球；

將所述氣凝膠小球干燥，獲得所述氣凝膠球。

在一些實施方案之中，所述的制備方法可以包括：使所述氣凝膠漿料因自身重力作用而均勻滴落在所述載臺上而形成氣凝膠小球。

在一些實施方案之中，所述的制備方法可以包括：使所述氣凝膠漿料以設(shè)定的初速度從容器中噴射出并均勻滴落在所述載臺上而形成氣凝膠小球。

在一些較佳實施方案之中，所述的制備方法可以包括：使所述氣凝膠漿料在設(shè)定推力和自身重力的共同作用下均勻滴落在所述載臺上而形成氣凝膠小球。

在一些實施方案之中，于所述載臺上形成的相鄰兩個所述氣凝膠小球之間的間距大于2mm。以防止間距過小而導致相鄰氣凝膠小球的粘連。

在一些實施方案之中，優(yōu)選將所述氣凝膠漿料置于可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的容器中，并使所述氣凝膠漿料在所述容器在以1r/s～10r/s的速度旋轉(zhuǎn)的過程中滴落至所述載臺上而形成氣凝膠小球，其中所述容器的軸線豎直設(shè)置。

在一些實施方案，用以盛裝所述氣凝膠漿料并能使其滴落的容器可以是常用的帶有滴孔、噴孔的各類容器，也可以是諸如注射器、噴頭等設(shè)備。其中，通過調(diào)節(jié)滴孔、噴孔的孔徑等，即可調(diào)節(jié)滴落的氣凝膠漿料料滴(或漿料團)的尺寸等，進而使形成的氣凝膠小球尺寸可控。

在一些實施方案之中，由氣凝膠粉體材料均勻平鋪形成的載臺的厚度優(yōu)選為0.1～2mm。

較為優(yōu)選的，所述氣凝膠涂料包含10～50wt％氣凝膠粉體材料。

進一步的，所述氣凝膠粉體材料的密度為0.05g/ml～0.3g/ml，粒徑為0.1μm～2mm，比表面為500m²/g～1200m²/g，熱導率為0.01W/m.k～0.04W/m.k。

其中，所述氣凝膠粉體材料的親疏水性能可以根據(jù)應用需要而調(diào)節(jié)。

進一步的，所述氣凝膠粉體材料至少可優(yōu)選自二氧化硅氣凝膠、二氧化鈦氣凝膠、石墨 烯氣凝膠中的任意一種，但不限于此。

較為優(yōu)選的，所述氣凝膠涂料包含10～50wt％水性粘結(jié)劑。

進一步的，所述水性粘結(jié)劑至少選自水性純丙乳液、水性醋丙乳液、水性苯丙乳液、水性丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯乳液、水性環(huán)氧樹脂乳液、水性有機硅乳液中的任意一種，但不限于此。

進一步的，所述氣凝膠涂料包含可選擇性的添加或不添加添加劑。

進一步的，所述添加劑至少選自消泡劑、分散劑、流平劑、增稠劑、潤濕劑、成膜助劑、顏料中的任一種，但不限于此。

在一些較佳實施方案之中，所述的制備方法包括：在常壓且溫度為30～70℃的條件下將所述氣凝膠小球干燥，獲得所述氣凝膠球。

在一些實施例中提供了由前述的任一種方法制備的氣凝膠球。

在一些實施例中提供了一種氣凝膠球，其直徑為0.1～10mm，比表面積為500～1200m²/g，密度為0.10～0.20g/cm³，并包含有具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，其中形成的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)中孔洞的孔徑為2～30nm，。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括：

(1)提供的氣凝膠球制備工藝簡單，無需復雜操作，條件溫和，可借助常見的普通設(shè)備實施，成本低廉，利于大規(guī)模生產(chǎn)；

(2)提供的氣凝膠球制備工藝能夠制得具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，密度低、比表面積高、介孔分布均勻的氣凝膠球，例如所制備的氣凝膠球的直徑可根據(jù)需要調(diào)節(jié)為0.1～10mm，比表面積為500～1200m²/g，具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，所形成的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為2～30nm左右，密度為0.10～0.20g/cm³內(nèi)部結(jié)構(gòu)為典型的納米介孔材料，還可以根據(jù)應用環(huán)境調(diào)節(jié)氣凝膠球的親疏水性，密度低、比表面積高、介孔分布均勻，并且所得的氣凝膠球為外形規(guī)則且粒徑可控的毫米級球狀體，滾動性能高，在隔熱、催化、色譜填充以及吸附等領(lǐng)域易于應用，能大幅拓展氣凝膠的應用范圍和效率，彌補了現(xiàn)有氣凝膠球制備技術(shù)中的不足，具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所獲氣凝膠球的照片；

圖2是本發(fā)明實施例1所獲氣凝膠球的吸附效果圖；

圖3是本發(fā)明實施例1中二氧化硅氣凝膠粉的粒徑分布圖；

圖4是本發(fā)明實施例1中二氧化硅氣凝膠粉的透射電鏡圖。

具體實施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖和若干實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

1)將二氧化硅氣凝膠粉體(其粒徑分布和形貌可參閱圖3-圖4)和水性聚氨酯按質(zhì)量比1:3混合，并加入約0.1wt％的羥乙基纖維素，制備成水性漿料；

2)將所述水性漿料加入到一個可使?jié){料擠壓滴落的容器中，所述容器口徑約2mm左右；

3)將二氧化硅粉體平鋪在平板上形成載臺，平板上氣凝膠粉體厚度約1mm；

4)將所述容器中的水性漿料滴落在所述載臺上，即得到氣凝膠小球，所述容器自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為5r/s(軸線豎直設(shè)置，開口向下)，氣凝膠球的粒徑范圍為2mm左右。

5)將步驟4)制備的氣凝膠球放在烘箱中常壓30～70℃干燥，即得到干燥的氣凝膠球，其比表面積為700m²/g，具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，所形成的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為15nm左右，密度為0.15g/cm³內(nèi)部結(jié)構(gòu)為典型的納米介孔材料，該氣凝膠小球可以用來吸附有機溶劑。

實施例2

1)將二氧化硅氣凝膠粉體和水性聚氨酯按質(zhì)量比1:4，加入0.5wt％的羥丙基纖維素，制備成水性漿料；

2)將上述制備的水性漿料，加入到一個可使?jié){料擠壓滴落的容器中，所述容器口徑范圍為3mm左右；

3)將二氧化硅粉體平鋪在一個載臺上，平板上氣凝膠粉體厚度為1.5mm；

4)將容器中的漿料滴落在3)所述的鋪滿二氧化硅粉體的載臺上，即得到氣凝膠小球，所述容器的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速7r/s(軸線豎直設(shè)置，開口向下)，氣凝膠球的粒徑范圍為3mm左右；

5)將步驟4)制備的氣凝膠球放在烘箱中常壓30～70℃干燥，即得到干燥的氣凝膠球，其粒徑范圍為3mm左右，比表面積為800m²/g，具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，所形成的網(wǎng) 絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為20nm左右，密度為0.17g/cm³，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為典型的納米介孔材料。

實施例3

1)將二氧化硅粉體和水性環(huán)氧樹酯按質(zhì)量比1:4，加入0.5wt％的羥丙基纖維素，制備成水性漿料；

2)將上述制備的水性漿料，加入到一個可使?jié){料擠壓滴落的容器中，所述的容器口徑為5mm；

3)將二氧化硅粉體平鋪在一個載臺上，平板上氣凝膠粉體厚度為1.8mm；

4)將容器中的漿料滴落在3)所述的鋪滿二氧化硅粉體的載臺上，即得到氣凝膠小球，所述容器的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4r/s(軸線豎直設(shè)置)，小球粒徑可通過調(diào)節(jié)容器的漿料出口來控制，氣凝膠球的粒徑范圍為5mm左右；

5)將制備的氣凝膠球放在烘箱中常壓30～70℃干燥，即得到干燥的氣凝膠小球，其粒徑范圍為5mm，比表面積為100m²/g，具有納米尺寸的連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)，所形成的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為10nm左右，密度為0.18g/cm³內(nèi)部結(jié)構(gòu)為典型的納米介孔材料。

對照例：

1)以工業(yè)級水玻璃為硅源，將工業(yè)級水玻璃和去離子水按體積比為1：4混合均勻，將混合均勻后的溶液經(jīng)強酸型苯乙烯系陽離子交換樹脂離子交換制備出pH值為2～3的硅溶膠，然后在室溫下靜置水解12h。

2)向水解后的硅溶膠中緩慢滴加1mol/L的氨水溶液，調(diào)節(jié)其pH值至6，得到預制的硅溶膠。

3)將疏水角約為126°的SiO₂氣凝膠粉體均勻平鋪于平板上作為載臺。

4)采用注射器將預制的硅溶膠逐滴滴加到載臺上，形成穩(wěn)定的球形液滴，于空氣中靜置凝膠化1h以使球狀小液滴的表面強度足夠克服乙醇溶液的表面張力，形成球狀濕凝膠。

5)將球狀濕凝膠于常壓50℃干燥，得到氣凝膠小球。但其粒徑分布不可調(diào)節(jié)控制，氣凝膠小球強度差，整個工藝過程復雜，耗時長，并且不可以調(diào)節(jié)氣凝膠小球的親疏水性能。

應理解的是，本發(fā)明所描述的實施方式僅出于示例性目的，并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種其他替換、改變和改進，因而，本發(fā)明不限于上述實施方式，而僅由權(quán)利要求限定。