專利名稱：一種二氧化硅氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，具體地說是一種用四氯化硅作為起 始原料，用有機溶劑將凝膠骨架表面Si-OH烷基化，然后進行干燥從而制備二氧化硅氣凝 膠的方法。
背景技術(shù)：
二氧化硅氣凝膠具有密度低、比表面積大、孔隙率高等特點，是一種具有廣闊前景 的新型輕質(zhì)納米多孔材料。充分發(fā)揮氣凝膠的優(yōu)異性能，實現(xiàn)原料的低成本化及制備工藝 的簡單安全和低成本化，使其能夠大規(guī)模生產(chǎn)是目前研究的熱點。近年來，硅氣凝膠的研究主要集中在德國BASF、BESY公司，美國的洛斯阿拉莫斯 國家實驗室、勞倫斯利物摩爾國家實驗室和桑地亞國家實驗室，法國的蒙彼利埃材料研究 中心，瑞典LUND公司及美、德、日等國的大學(xué)。在國內(nèi)，硅氣凝膠的研究最早始于1995年同 濟大學(xué)波耳固體物理研究所，它率先建立了一套氣凝膠制備及若干性質(zhì)測量的設(shè)備，并和 德國維爾茲堡大學(xué)物理所合作開展氣凝膠材料的系統(tǒng)研究。另外北京科技大學(xué)、中科院山 西煤化所等高校和科研機構(gòu)也發(fā)表過相關(guān)論文。但對硅氣凝膠的研究大多處于起步階段， 還沒有形成以開發(fā)新材料為目的的應(yīng)用性研究。目前該產(chǎn)品的制備技術(shù)上還有難點制約著產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。1.采用超臨 界干燥制備硅氣凝膠需要的投資大，成本高，高壓設(shè)備操作危險。2.采用常壓干燥時會遇到 縮裂問題。雖然通過采用溶劑交換/表面改性等手段進行處理可以解決這一問題，但是常 壓干燥工藝用于大規(guī)模生產(chǎn)氣凝膠時，如何穩(wěn)定地提高反應(yīng)速度，加快改性液的滲透性還 需要進一步的探索。專利申請?zhí)枮?00580015564的發(fā)明專利就是采用這類方法。它是將 表面活性劑溶于酸性水溶液，向其中添加在分子中具有水解性官能團和疏水性官能團的硅 化合物進行水解反應(yīng)，生成的凝膠固化后，使所述凝膠超臨界干燥，可以得到微孔直徑和微 孔直徑分布得到控制的二氧化硅氣凝膠。所述表面活性劑優(yōu)選使用非離子性表面活性劑、 陽離子性表面活性劑和陰離子性表面活性劑中的任一種，或者混合兩種以上使用。這種方 法無法克服上述缺陷。有別于傳統(tǒng)的制備方法，本發(fā)明采用多晶硅行業(yè)廢產(chǎn)物四氯化硅作為硅氣凝膠的 原材料。不僅解決了多晶硅產(chǎn)業(yè)中高污染高毒害副產(chǎn)物排放問題，而且將其轉(zhuǎn)化為可廣泛 應(yīng)用于光學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域具有高附加值的功能性新材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種二氧化硅氣凝膠的制備方法， 它解決了 SiO2氣凝膠干燥時容易出現(xiàn)縮裂和反應(yīng)速度慢的問題。本發(fā)明的制備步驟如下(1)、在pH = 3-5的酸性條件下，加入四氯化硅和水攪拌反應(yīng)，然后用氨水調(diào)節(jié)pH =8-10，再加入水和乙醇，進行水解縮聚反應(yīng)形成醇凝膠；
(2)、然后萃取，除去醇凝膠中所含水/醇混合液；取其凝膠液，加入無水甲醇或乙 醇，將凝膠孔中的水/醇混合液用無水甲醇或乙醇替換；(3)、再加入三甲基氯硅烷和烷烴將凝膠骨架表面Si-OH烷基化，然后進行常壓干 燥制得SiO2氣凝膠。在干燥時候，凝膠相應(yīng)的收縮，可是由于凝膠骨架表面的Si-OH已經(jīng)烷基化為穩(wěn) 定的Si-R;當凝膠干燥到臨界點后其體積又慢慢回復(fù)到接近其原有的尺寸，該現(xiàn)象稱為 “反彈效應(yīng)”。本發(fā)明可以使得修飾后的凝膠能夠承受原有體積28%的可逆收縮。本發(fā)明的優(yōu)點在于一、以有機硅行業(yè)生產(chǎn)大量的副產(chǎn)物四氯化硅為原材料，大大 降低了生產(chǎn)過程中的原料成本。二、本發(fā)明所用的常壓干燥與傳統(tǒng)的超臨界干燥對比，也大 大的降低了反應(yīng)所需條件。三、本發(fā)明不會破壞SiO2氣凝膠納米孔結(jié)構(gòu)，同時能夠穩(wěn)定地 提高反應(yīng)速度。
具體實施方式
實施例1將帶有攪拌器的500ml三口瓶中加入四氯化硅50ml，水100ml，用稀鹽酸將pH值 調(diào)節(jié)到3，攪拌均勻，反應(yīng)Ih ；然后加入氨水將pH值調(diào)節(jié)到8，加入150ml水和50ml乙醇， 攪拌形成凝膠，然后萃取，除去所含水/醇混合液，取其凝膠液，加入無水乙醇100ml，加入 三甲基氯硅烷100ml、庚烷100ml，浸泡3小時。裝進試管，然后用帶針孔的鋁箔密封好，放 入烘箱中進行常壓干燥制得SiO2氣凝膠。實施例2將帶有攪拌器的500ml三口瓶中加入四氯化硅50ml，水100ml，用稀鹽酸將pH值 調(diào)節(jié)到4，攪拌均勻，反應(yīng)Ih ；然后加入氨水將pH值調(diào)節(jié)到9，加入150ml水和50ml乙醇， 攪拌形成凝膠，然后萃取，除去所含水/醇混合液，取其凝膠液，加入無水甲醇IOOml，加入 三甲基氯硅烷80ml、正己烷100ml，浸泡3小時。裝進試管，然后用帶針孔的鋁箔密封好，放 入烘箱中進行常壓干燥制得SiO2氣凝膠。實施例3將帶有攪拌器的500ml三口瓶中加入四氯化硅50ml，水100ml，用稀鹽酸將pH值 調(diào)節(jié)到5，攪拌均勻，反應(yīng)Ih ；然后加入氨水將pH值調(diào)節(jié)到10，加入150ml水和50ml乙醇， 攪拌形成凝膠，然后萃取，除去所含水/醇混合液，取其凝膠液，加入無水乙醇IOOml，加入 三甲基氯硅烷50ml、庚烷80ml，浸泡3小時。裝進試管，然后用帶針孔的鋁箔密封好，放入 烘箱中進行常壓干燥制得SiO2氣凝膠。
權(quán)利要求
一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，它包括以下步驟(1)、在pH＝3-5的酸性條件下，加入四氯化硅和水攪拌反應(yīng)，然后用氨水調(diào)節(jié)pH＝8-10，再加入水和乙醇，進行水解縮聚反應(yīng)形成醇凝膠；(2)、然后萃取，除去醇凝膠中所含水/醇混合液；取其凝膠液，加入無水甲醇或乙醇，將凝膠孔中的水/醇混合液用無水甲醇或乙醇替換；(3)、再加入三甲基氯硅烷和烷烴將凝膠骨架表面Si-OH烷基化，然后進行常壓干燥制得SiO2氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，其中所述的烷烴為庚烷 或正己烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，其中在酸性條件下加入 四氯化硅和水的摩爾比為1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，其中堿性條件下加入水 和乙醇時，水乙醇四氯化硅的摩爾比為3 1 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，其中所用溶劑用量為無 水甲醇或乙醇三甲基氯硅烷烷烴的體積比為1-1. 5 1-1. 5 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，它包括以下步驟(1)、在pH＝3-5的酸性條件下，加入四氯化硅和水攪拌反應(yīng)，然后用氨水調(diào)節(jié)pH＝8-10，再加入水和乙醇，進行水解縮聚反應(yīng)形成醇凝膠；(2)、然后萃取，除去醇凝膠中所含水/醇混合液；取其凝膠液，加入無水甲醇或乙醇，將凝膠孔中的水/醇混合液用無水甲醇或乙醇替換；(3)、再加入三甲基氯硅烷和烷烴將凝膠骨架表面Si-OH烷基化，然后進行常壓干燥制得SiO2氣凝膠。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.以有機硅行業(yè)生產(chǎn)大量的副產(chǎn)物四氯化硅為原材料，大大降低了生產(chǎn)過程中的原料成本。2.本發(fā)明所用的常壓干燥與傳統(tǒng)的超臨界干燥對比，也大大的降低了反應(yīng)所需條件。3.本發(fā)明不會破壞SiO2氣凝膠納米孔結(jié)構(gòu)，同時能夠穩(wěn)定地提高反應(yīng)速度。
文檔編號C01B33/16GK101863480SQ20101021768
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者李健 申請人:應(yīng)城市東誠有機硅有限公司