專利名稱：一種常壓制備納米孔SiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種常壓制備納米孔SiO2氣凝膠方法。
背景技術(shù)：
SiO2氣凝膠是一種納米孔材料，有許多潛在的應(yīng)用。在絕熱方面，由于SiO2氣凝膠尺度是小于50納米的多孔材料，孔的直徑是小于分子的平均自由程，使SiO2氣凝膠作為絕熱材料時，氣體的分子之間的不發(fā)生碰撞或幾率很小，氣體的熱傳導(dǎo)大大減少，熱導(dǎo)率比空氣還低，在常溫下的熱導(dǎo)率為0.03～0.05W/mK。SiO2氣凝膠90％～98％是氣體，密度0.05～0.2g/cm3，比表面積高，使之在在吸咐劑和催化劑載體方面將有廣泛的應(yīng)用。SiO2氣凝膠的介電常數(shù)低，在光學(xué)性質(zhì)方面，反射系數(shù)只有1.01。此外，在隔聲、藥物緩釋、藥物載體等方面將有廣泛的應(yīng)用。
60多年以前，Kristler就開始以水玻璃為硅源用超臨界的方法制備SiO2氣凝膠。Hajime Tamon用正硅酸甲脂為硅源制備硅石氣凝膠，所得的氣凝膠產(chǎn)品透明、沒有引入新的離子，可用該產(chǎn)品制成絕熱透明材料。
1996年R.Deshpande首先用水玻璃在常壓條件合成SiO2氣凝膠。
中國申請?zhí)枮?7106652.3的專利介紹了王玨等發(fā)明的《改性納米保溫材料及其生產(chǎn)工藝》，該專利以正硅酸甲酯、水玻璃、硅溶膠等為硅源，以甲醇、丙酮、乙酯等為溶劑，并在溶膠—凝膠過程中摻入二氧化鈦粉末作為紅外遮光劑，摻入玻璃纖維、高嶺土、蒙脫土、凹凸棒土作為無機增強劑，以甲醇、乙醇、二氧化碳作為干燥介質(zhì)進行超臨界干燥，可獲得完整無裂紋輕質(zhì)硅氣凝膠保溫隔熱材料。
綜上所述，以上SiO2氣凝膠的制備方法主要有以正硅酸乙酯為硅源和以水玻璃、硅溶膠為硅源，采用超臨界干燥和常壓干燥來制備。但通過資料記載，當采用正硅酸乙酯為硅源時，由于原材料不易獲得，價格昂貴。采用水玻璃為硅源時，鈉離子有大部分殘存，影響了產(chǎn)品熱導(dǎo)率的降低。采用的超臨界干燥法需要的投資大，成本高，高壓設(shè)備操作危險。而采用的常壓干燥法周期時間較長，并具有親水性，達不到超臨界干燥法制備SiO2氣凝膠的性能。同時制得的SiO2氣凝膠孔徑分布較大，不能完全保證SiO2氣凝膠的孔隙全部或是絕大部分成為納米級孔隙，因此材料的絕熱性能達不到超級絕熱材料的理想性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以廉價水玻璃為硅源，目的是找出采用常壓手段解決鈉離子殘存問題的方法。
一種常壓制備納米孔SiO2氣凝膠的方法，其特征在于本發(fā)明以廉價水玻璃為硅源，加入表面活性劑來改變SiO2氣凝膠的表面性質(zhì)，使之疏水。選擇離子交換樹脂來大量的去除鈉離子，降低鈉離子對SiO2氣凝膠熱導(dǎo)率的影響。并采用模板劑來控制孔徑分布和大小，孔的大小能控制在比較窄的范圍內(nèi)，實現(xiàn)真正納米孔超級絕熱材料的結(jié)構(gòu)要求。
1)原料準備水玻璃 水 硫酸 甲酰胺 強酸性陽離子交換樹脂(732型) 模板劑(正丁胺) 乙醇 正己烷 三甲基氯硅烷2)材料生產(chǎn)將水玻璃(濃度為21％～41％，模數(shù)為3.0～3.3)加入強酸性陽離子交換樹脂(732型)和模板劑(正丁胺)，用去離子水稀釋，用硫酸或甲酰胺作催化劑，最后整個溶液的Na2SiO3的濃度為8％。邊加入硫酸邊攪拌至PH為8～10，得到溶膠，同時加入阻光劑和增強纖維，并靜置使之凝膠，得透明淡藍色的凝膠。將所得的凝膠在塑料燒杯中老化，用乙醇交換濕凝膠中的水。用正己烷交換，然后用正己烷和三甲基氯硅烷的混合溶液浸泡。干燥在150℃去除有機物。
3)制品性能按上述工藝制備的SiO2納米孔超級絕熱材料性能測試結(jié)果

4)本發(fā)明的優(yōu)良效果此方法能夠很好的把SiO2氣凝膠控制在納米級，并在一個比較小的范圍。并大量的去除了鈉離子，解決了因SiO2氣凝膠的孔徑分布不均和因鈉離子的存在水洗不凈而對其熱導(dǎo)率的影響，并解決了其疏水性與熱穩(wěn)定性的問題，常壓制備時間大大縮短，性能不低于超臨界生產(chǎn)的SiO2氣凝膠采用此方法制備出的SiO2氣凝膠的產(chǎn)品孔徑在20～30nm之間的占95％以上，安全、成本低、疏水好，放入水中，飄在水上，在30天仍然不下沉。通過本方法可大大降低SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)率，并將常壓干燥時間縮短為3天。有利本方法可大大降低SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)率，并將常壓干燥時間縮短為3天。有利于大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)塊狀SiO2氣凝膠。同時此方法還可用于制備納米SiO2粉體。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程2為本發(fā)明產(chǎn)品的掃描電鏡圖具體實施方式
1.按水玻璃、硫酸、水、甘油、正丁胺的順序加入。水玻璃/硫酸＝0.7～1(摩爾比)，固定PH值為8左右成膠，老化時間一般為4～8小時。將上述的膠體老化數(shù)天，用水洗，再用乙醇洗多次，然后用正己烷洗，最后用正己烷和TMCS洗，過濾，然后放入干燥箱恒溫干燥，煅燒去除有機物，獲得納米孔結(jié)構(gòu)SiO2氣凝膠。
2.按水玻璃、甲酰胺、乙酸、水、乙二醇、正丁胺的順序加入，水玻璃/甲酰胺＝0.6～1(摩爾比)。其中水包括了水玻璃中的水。加入順序為水玻璃加入水后加入稀釋的甲酰胺，再加入乙酸和模板劑攪拌幾分鐘。室溫干燥，然后放入干燥箱恒溫干燥，煅燒去除有機物，獲得納米孔結(jié)構(gòu)SiO2氣凝膠。
權(quán)利要求
1.一種常壓制備納米孔SiO2氣凝膠的方法，其特征在于本發(fā)明以廉價水玻璃為硅源，加入表面活性劑來改變SiO2氣凝膠的表面性質(zhì)；選擇離子交換樹脂來大量的去除鈉離子，降低鈉離子對SiO2氣凝膠熱導(dǎo)率的影響；采用模板劑來控制孔徑分布和大小。
2.如權(quán)利要求1所述常壓制備納米孔SiO2超級絕熱材料的方法，其特征在于水玻璃濃度為21％～41％、模數(shù)為3.0～3.3；表面活性劑為三甲基氯硅烷；離子交換樹脂為732型強酸性陽離子交換樹脂；模板劑為正丁胺。
3.如權(quán)利要求1或2所述常壓制備納米孔SiO2氣凝膠的方法，其特征在于SiO2氣凝膠生產(chǎn)步驟為將濃度為21％～41％，模數(shù)為3.0～3.3水玻璃加入732型強酸性陽離子交換樹脂和正丁胺模板劑，用去離子水稀釋；用硫酸或甲酰胺作催化劑，最后整個溶液的Na2SiO3的濃度為8％，邊加入硫酸邊攪拌至PH為8-10，得到溶膠，同時加入阻光劑和增強纖維，并靜置使之凝膠，得透明淡藍色的凝膠；將所得的凝膠在塑料燒杯中老化，用乙醇交換濕凝膠中的水；用正已烷交換，然后用正已烷和三甲基氯硅烷的混合溶液浸泡；干燥在150℃去除有機物，即可得到納米孔SiO2氣凝膠。
全文摘要
一種常壓制備納米孔SiO
文檔編號C01B33/00GK1654324SQ20051001114
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者倪文, 張大陸, 肖晉宜, 劉鳳梅 申請人:北京科技大學(xué)