本發(fā)明涉及硅氣凝膠及制備方法，尤其是涉及一種純水體系制備柔性憎水硅氣凝膠及生產(chǎn)方法，屬于建筑隔熱材料生產(chǎn)
技術領域：
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背景技術：
：二氧化硅(sio2)氣凝膠是由納米級微粒互相聚集而形成，且以空氣為分散介質(zhì)的新型輕質(zhì)多孔材料，主要用作保溫材料、吸音材料等。以高純硅醇鹽(正硅酸乙酯等)為硅源制備的氣凝膠各方面性能優(yōu)良，但成本昂貴，不適合在建筑保溫等民用領域的推廣。有研究學者以水玻璃為硅源，通過添加n，n-二甲基甲酰胺作為干燥控制劑(dcca)來減少干燥過程中的收縮，避免了多次溶劑替換，制備出性能較好的sio2氣凝膠，但由于仍采用乙醇作為溶劑，制備成本還是偏高，不適合規(guī)?；a(chǎn)。甘禮華等以廉價的國產(chǎn)硅溶膠為前驅體結合非超臨界干燥工藝制備出sio2氣凝膠,雖然降低了硅源成本，但仍采用有機醇為溶劑，仍不利于低成本工業(yè)化生產(chǎn)。同濟大學的趙某以低成本工業(yè)級硅溶膠為硅源,水為溶劑,在常壓條件下干燥后制備出納米多孔sio2塊體材料。在制備過程中,采用表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(ctab)來降低水的表面張力,減少樣品在干燥過程中開裂和收縮,避免了繁瑣的溶劑替換過程。所制備的sio2塊體密度為150～260mg/cm3,比表面積為91～140m2/g,平均孔徑為15～27nm,其室溫熱導率可達0.048w/(m·k)。該方法大大縮減了制備sio2納米多孔材料的成本,并降低了操作工藝難度和危險,但是硅氣凝膠材料憎水性不好，且導熱系數(shù)過高而導致保溫性能一般，作為建筑隔熱材料應用不具優(yōu)勢。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種純水體系制備柔性憎水硅氣凝膠，具有憎水、低密度、低導熱等優(yōu)點。本發(fā)明進一步提供了純水體系制備柔性憎水硅氣凝膠的生產(chǎn)方法，在純水體系中進行，使得反應安全便捷、生產(chǎn)成本低，能夠工業(yè)化生產(chǎn)，同時采用三甲基氯通過氣固反硅烷修飾氣凝膠提高憎水性，大幅度降低硅氣凝膠的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)簡單快捷、成本低，使硅氣凝膠工業(yè)化生產(chǎn)成為可能，從而提高建筑保溫性能。本發(fā)明的技術解決方案如下：采用純水體系，以酸性硅溶膠、甲基三乙氧基硅烷為主要硅源，同時加入少量十六烷基三甲基溴化銨、氧化石墨烯添加劑，于50℃條件下攪拌一定時間，攪拌完成后加入稀氨水調(diào)節(jié)ph，然后凝膠、老化、干燥；之后采用三甲基氯硅烷，通過氣固反應制得柔性憎水硅氣凝膠。本發(fā)明所述的一種純水體系制備柔性憎水硅氣凝膠，其特征在于是由以下原料按重量份數(shù)比制成的：去離子水30～50份，酸性硅溶膠6～10份，甲基三乙氧基硅烷12～20份，15mg/ml氧化石墨烯溶液3～6份，十六烷基三甲基溴化銨0.3～0.5份，三甲基氯硅烷8～15份。本發(fā)明所述的一種純水體系制備柔性憎水硅氣凝膠的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：1）去離子水30～50份中加入15mg/ml氧化石墨烯溶液3～6份,之后加入十六烷基三甲基溴化銨0.3～0.5份，攪拌充分溶解；再加入酸性硅溶膠6～10份，調(diào)節(jié)ph為3～4；然后加入甲基三乙氧基硅烷12～20份，在50℃條件下加熱攪拌0.5h；2）將稀釋氨水滴加到溶液并不斷攪拌，調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h后,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠；3）將制得的親水性硅氣凝膠放入反應釜中，然后加入三甲基氯硅烷8～15份，密閉后于70～90℃進行氣固反應3～6h,對親水性硅氣凝膠進行修飾，即得柔性憎水硅氣凝膠。本發(fā)明的積極效果在于：在純水體系中加入酸性硅溶膠、甲基三乙氧基硅烷和少量十六烷基三甲基溴化銨、氧化石墨烯并置于50℃條件下攪拌一定時間，然后加入稀氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，然后經(jīng)過凝膠、老化、干燥得到親水性硅氣凝膠，再通過氣固反應修飾，制備出柔性憎水極好的硅氣凝膠。通過選擇硅溶膠作為硅源，使其在水中和甲基三乙氧基硅烷反應生成均勻分散的膠粒，在十六烷基三甲基溴化銨的作用下降低水的表面張力，氧化石墨烯提供了骨架支撐，避免干燥過程的收縮坍塌，極大的降低了硅氣凝膠的導熱系數(shù)(導熱系數(shù)為0.021～0.026w/(m·k))；提高了硅氣凝膠的柔韌性，壓縮10%左右氣凝膠不破損；提高了氣凝膠的強度，壓縮強度為274～293kpa，通常氣凝膠幾乎沒有壓縮強度；后期又通過三甲基氯硅烷的氣固反應修飾，極大提高了憎水性，接觸角為152～160°，較好的解決了現(xiàn)有硅氣凝膠生產(chǎn)工藝復雜的問題，使工業(yè)化生產(chǎn)能夠得以實現(xiàn)。生產(chǎn)本發(fā)明操作方便，生產(chǎn)成本低，提供了保溫性能好和憎水性好的的柔性硅氣凝膠。具體實施方式以下通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨和4ml15mg/ml的氧化石墨烯溶液溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠6克，甲基三乙氧基硅烷12克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）將制得的親水性硅氣凝膠放入反應釜中，然后加入三甲基氯硅烷8～15克，密閉后于70～90℃進行氣固反應3～6h,對親水性硅氣凝膠進行修飾，即得柔性憎水硅氣凝膠。實施例2:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨和4克15mg/ml的氧化石墨烯溶液，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠6克，甲基三乙氧基硅烷20克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例3:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨和4克15mg/ml的氧化石墨烯溶液，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠10克，甲基三乙氧基硅烷12克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例4:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨和4克15mg/ml的氧化石墨烯溶液，溶解在30克去離子水中，然后加入酸性硅溶膠10克，甲基三乙氧基硅烷20克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例5:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠6克，甲基三乙氧基硅烷12克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例6:1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠6克，甲基三乙氧基硅烷20克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例7：1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠10克，甲基三乙氧基硅烷12克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）實施例8：1）將0.3克十六烷基三甲基溴化銨，溶解在30ml去離子水中，然后加入酸性硅溶膠10克，甲基三乙氧基硅烷20克，在50℃水浴鍋中攪拌0.5h，然后滴加稀釋氨水調(diào)節(jié)ph為6～7，靜置一段時間溶液逐漸凝膠，將凝膠放入50℃的烘箱中進行密封老化24h,之后于70℃干燥24h，即得親水性硅氣凝膠。2）同例1的步驟2）提供以下試驗表明進一步證明本發(fā)明的積極效果：將實施例1-8制備的產(chǎn)品利用常規(guī)的檢測技術進行密度檢測、導熱系數(shù)，綜合指標見表1。表1本發(fā)明實施例1-8的性能數(shù)據(jù)性能指標實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8體積密度，kg/m3≤166157178172185180203197壓縮強度，kpa≥28529327427949524245接觸角，°≥154160158152153153153152導熱系數(shù)，w/（m·k）≤0.0240.0210.0260.0250.0280.0270.0330.031結論：結論：后四組實施案例與前四組實施案例相比除了沒有摻加氧化石墨烯溶液，其它原料相同，前四組案例制品的密度分別為166kg/m3、157kg/m3、178kg/m3、172kg/m3，強度分別為285kpa、293kpa、274kpa、279kpa,導熱系數(shù)分別為0.024w/(m·k)、0.021(m·k)、0.026(m·k)、0.025(m·k)，這些性能指標均優(yōu)于后四組案列制品，這是由于氧化石墨烯是片層狀的，強度很大，能在凝膠干燥過程中起到骨架支撐的作用，使凝膠不會劇烈收縮，最大限度保護凝膠的形狀，降低外墻保溫板的導熱系數(shù)，從而顯著提高建筑保溫性能。本發(fā)明提供一種純水體系制備硅氣凝膠及生產(chǎn)方法，采用氣固反應來進行憎水處理，極大改善了硅氣凝膠的憎水性，大幅度降低硅氣凝膠的生產(chǎn)工藝，此外，本發(fā)明操作方便，制作成本低，使得生產(chǎn)簡單快捷，讓硅氣凝膠工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。當前第1頁12