本發(fā)明涉及疏水二氧化硅氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法。

背景技術(shù)：

二氧化硅氣凝膠具有良好的保溫性能，在民用保溫材料尤其是外墻保溫方面，相比于建筑節(jié)能保溫領(lǐng)域的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料，氣凝膠具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，二氧化硅氣凝膠具有納米多孔和三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，具有密度小、孔徑小、孔隙率高、比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。且制備原料可采用廉價(jià)的水玻璃、稻殼灰等，制備成本低。二氧化硅氣凝膠目前開(kāi)始逐步應(yīng)用在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、涂料和混凝土中，但由于氣凝膠表面疏水性強(qiáng)，水接觸角140-150°，密度非常小，約為0.02-0.25g/mL，在水相材料難以實(shí)現(xiàn)分散均勻。研究表明，氣凝膠作為多孔材料，孔隙率高達(dá)97％，由研究報(bào)道可知，氣凝膠吸附-脫附性能非常好，并且可以循環(huán)利用。

氣凝膠的復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛研究，以化學(xué)鍵連結(jié)構(gòu)與有機(jī)高分子基體復(fù)合，或與無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)纖維的復(fù)合，將氣凝膠材料的優(yōu)勢(shì)性能應(yīng)用于多種材料中，起到改進(jìn)作用。專(zhuān)利CN102660044.A采用苯乙烯單體在氣凝膠材料微球表面聚合反應(yīng)的方法，在氣凝膠表面包覆有機(jī)材料，形成氣凝膠與聚苯乙烯核殼復(fù)合顆粒。然而，在常用的建筑材料中，如在水性涂料中氣凝膠的摻雜和使用過(guò)程，復(fù)合材料或化學(xué)方法會(huì)提高生產(chǎn)成本和工序的復(fù)雜性，甚至破壞氣凝膠本身的固有結(jié)構(gòu)和特性，并且有機(jī)部分的引入會(huì)降低氣凝膠材料的燃燒性能，增大其火災(zāi)危險(xiǎn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，其保留了二氧化硅氣凝膠本身的固有結(jié)構(gòu)和特性，并實(shí)現(xiàn)了二氧化硅氣凝膠在水相中的穩(wěn)定分散，且工序簡(jiǎn)單，成本低。

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；

S2、將密度大于水的有機(jī)溶劑進(jìn)行霧化，然后從密閉容器頂部輸送進(jìn)密閉容器中形成包膜試劑，再將細(xì)化氣凝膠均勻分散在密閉容器中形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有分散劑水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；

S3、待包覆氣凝膠下沉到分散劑水溶液表面，利用攪拌裝置將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

優(yōu)選地，在S1中，將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，利用球磨進(jìn)行細(xì)化。

優(yōu)選地，在S1中，在球磨的過(guò)程中，球磨的速度為100-300r/min，球磨的時(shí)間為2-4h；所采用的磨球?yàn)楝旇デ?、陶瓷磨球、不銹鋼磨球中的一種；且磨球由粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的四種磨球組成。

優(yōu)選地，在S1中，在球磨的過(guò)程中，磨球與二氧化硅氣凝膠粉體的體積比為2-3：1，且二氧化硅氣凝膠粉體的加入量小于等于球磨罐體積的三分之二。

優(yōu)選地，在S1中，所述二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.018-0.024W/(m·k)，振實(shí)密度為0.08-0.13g/mL，孔隙率為93-97％，孔徑分布為10-100nm。

優(yōu)選地，在S2中，所述有機(jī)溶劑為密度大于水、易揮發(fā)且不溶于水的有機(jī)溶劑。

優(yōu)選地，在S2中，所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、溴乙烷中的一種或者多種的混合物。

優(yōu)選地，在S2中，將密度大于水的有機(jī)溶劑進(jìn)行霧化的過(guò)程中，采用壓力式霧化器進(jìn)行霧化，且霧化壓力為0.2-0.5MPa。

優(yōu)選地，在S2中，所述分散劑水溶液中，分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1％。

優(yōu)選地，分散劑為O/W型表面活性劑；所述O/W型表面活性劑為陰離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子型親水性表面活性劑中的一種或者多種的混合物。

優(yōu)選地，所述O/W型表面活性劑為硬脂酸鈉、油酸鉀、十二烷基硫酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、卵磷脂、氨基酸型分散劑、甜菜堿型分散劑、蔗糖酯、單甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯類(lèi)、聚氧乙烯脂肪醇醚類(lèi)、聚氧乙烯聚丙烯共聚物類(lèi)中的一種或者多種的混合物。

優(yōu)選地，所述氨基酸型分散劑為十二烷基氨基丙酸鈉、十二烷基二亞甲基二甲酸鈉中的一種或者兩種的混合物；所述甜菜堿型分散劑為羧基甜菜堿、磺基甜菜堿中的一種或者兩種的混合物；所述聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯為聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯脫水山梨醇單硬脂酸酯中的一種或者多種的混合物。

優(yōu)選地，在S2中，所用有機(jī)溶劑的體積與細(xì)化氣凝膠的質(zhì)量比為1.54-25.71mL/g。

優(yōu)選地，密閉容器內(nèi)的系統(tǒng)溫度為5-25℃。

本發(fā)明霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，其將密度大于水的有機(jī)溶劑霧化后在密閉容器中形成包膜試劑，然后均勻分散細(xì)化后的二氧化硅氣凝膠粉體，使其吸附包膜試劑，二氧化硅氣凝膠的表面包覆了包膜試劑后，總體重力增加，在重力勢(shì)能的作用下會(huì)自動(dòng)下沉到水溶液表面，再經(jīng)攪拌會(huì)與水溶液分散，密度大于等于水的顆粒便可在動(dòng)力攪拌下在水溶液中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分散，密度小于水的顆粒在水溶液表面漂浮，經(jīng)過(guò)氣流吹送，再次在容器上層空間，與包膜試劑接觸，進(jìn)行表面包覆，反復(fù)如此，直至密度與水相近，可分散在水中為止；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)二氧化硅氣凝膠的吸附量、密度和分散粒徑的可控，通過(guò)自重重力勢(shì)能作用進(jìn)行自動(dòng)分離，在攪拌力作用下，借助有機(jī)溶劑的密度來(lái)實(shí)現(xiàn)在基體中的均勻分散，并通過(guò)表面活性劑提高分散穩(wěn)定性。制備工藝簡(jiǎn)便，常壓干燥，可連續(xù)操作性強(qiáng)。有效縮短了氣凝膠表面改性時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。有機(jī)溶劑揮發(fā)分解，在材料基體內(nèi)無(wú)殘留，不破壞產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；

S2、將密度大于水的有機(jī)溶劑進(jìn)行霧化，然后從密閉容器頂部輸送進(jìn)密閉容器中形成包膜試劑，再將細(xì)化氣凝膠均勻分散在密閉容器中形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有分散劑水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；

S3、待包覆氣凝膠下沉到分散劑水溶液表面，利用攪拌裝置將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

實(shí)施例2

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，加入四種粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的瑪瑙磨球，設(shè)置轉(zhuǎn)速為100r/min，球磨4h進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；

S2、用加壓輸送泵將25mL二氯甲烷進(jìn)行霧化，然后從頂部加入到密閉容器內(nèi)分散形成包膜試劑；用粉體輸送泵把1g細(xì)化氣凝膠輸送并均勻分散在密閉容器內(nèi)形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置，在水溶液表面附近裝有吹氣裝置；

S3、待包覆氣凝膠下沉到聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯水溶液表面，攪拌5min將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；本實(shí)施例S1中，所用二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024W/(m·k)，振實(shí)密度為0.08g/mL，孔隙率為97％，孔徑分布為10-100nm；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.024W/(m·k)，振實(shí)密度為0.107g/mL，孔隙率為95％，孔徑分布為10-100nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

實(shí)施例3

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，加入四種粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的磨球，設(shè)置轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨2h進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；

S2、用加壓輸送泵將15mL二硫化碳進(jìn)行霧化，然后從頂部加入到密閉容器內(nèi)分散形成包膜試劑；用粉體輸送泵把1g細(xì)化氣凝膠輸送并均勻分散在密閉容器內(nèi)形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有硬脂酸鈉水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；

S3、待包覆氣凝膠下沉到硬脂酸鈉水溶液表面，攪拌10min將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；本實(shí)施例S1中，所用二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.018W/(m·k)，振實(shí)密度為0.13g/mL，孔隙率為93％，孔徑分布為10-100nm；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.018W/(m·k)，振實(shí)密度為0.13g/mL，孔隙率為95％，孔徑分布為20-90nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

實(shí)施例4

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，加入四種粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的磨球，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨3h進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；

S2、用加壓輸送泵將5mL四氯化碳進(jìn)行霧化，然后從頂部加入到密閉容器內(nèi)分散形成包膜試劑；用粉體輸送泵把1g細(xì)化氣凝膠輸送并均勻分散在密閉容器內(nèi)形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有十二烷基氨基丙酸鈉水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；

S3、待包覆氣凝膠下沉到十二烷基氨基丙酸鈉水溶液表面，攪拌8min將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；本實(shí)施例S1中，所用二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.021W/(m·k)，振實(shí)密度為0.1g/mL，孔隙率為96％，孔徑分布為10-100nm；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/(m·k)，振實(shí)密度為0.09g/mL，孔隙率為93％，孔徑分布為10-100nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

實(shí)施例5

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，加入粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的陶瓷磨球，設(shè)置轉(zhuǎn)速為100r/min，球磨4h進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；其中，陶瓷磨球與二氧化硅氣凝膠粉體的體積比為3：1，且二氧化硅氣凝膠粉體的加入量等于球磨罐體積的三分之二；所述二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.018W/(m·k)，振實(shí)密度為0.13g/mL，孔隙率為93％，孔徑分布為10-100nm；

S2、采用壓力式霧化器將二氯甲烷進(jìn)行霧化，霧化壓力為0.2MPa，然后從密閉容器頂部輸送進(jìn)密閉容器中形成包膜試劑，再將細(xì)化氣凝膠均勻分散在密閉容器中形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的十二烷基硫酸鈉水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；所用二氯甲烷的體積與細(xì)化氣凝膠的質(zhì)量比為25.71mL/g；

S3、待包覆氣凝膠下沉到十二烷基硫酸鈉水溶液表面，利用攪拌裝置將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.02W/(m·k)，振實(shí)密度為0.13g/mL，孔隙率為93％，孔徑分布為10-100nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

實(shí)施例6

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，加入瑪瑙磨球，設(shè)置轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨2h進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；其中，瑪瑙磨球與二氧化硅氣凝膠粉體的體積比為2：1，且二氧化硅氣凝膠粉體的加入量等于球磨罐體積的三分之一；所述二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024W/(m·k)，振實(shí)密度為0.08g/mL，孔隙率為97％，孔徑分布為10-100nm；

S2、采用壓力式霧化器將溴乙烷進(jìn)行霧化，霧化壓力為0.5MPa，然后從密閉容器頂部輸送進(jìn)密閉容器中形成包膜試劑，再將細(xì)化氣凝膠均勻分散在密閉容器中形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的二辛基琥珀酸磺酸鈉水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；所用溴乙烷的體積與細(xì)化氣凝膠的質(zhì)量比為1.54mL/g；

S3、待包覆氣凝膠下沉到二辛基琥珀酸磺酸鈉水溶液表面，利用攪拌裝置將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/(m·k)，振實(shí)密度為0.11g/mL，孔隙率為97％，孔徑分布為20-100nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

實(shí)施例7

本發(fā)明提出的一種霧化吸附提高二氧化硅氣凝膠水相分散性的方法，包括以下步驟：

S1、將二氧化硅氣凝膠粉體加入到球磨罐中，利用球磨進(jìn)行細(xì)化，過(guò)篩后得到細(xì)化氣凝膠；其中，在球磨的過(guò)程中，球磨的速度為200r/min，球磨的時(shí)間為3h；所采用的磨球?yàn)椴讳P鋼磨球；且不銹鋼磨球由粒徑分別為8mm、11mm、14mm、20mm的不銹鋼磨球組成；不銹鋼磨球與二氧化硅氣凝膠粉體的體積比為2.5：1，且二氧化硅氣凝膠粉體的加入量等于球磨罐體積的二分之一；所述二氧化硅氣凝膠粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.02W/(m·k)，振實(shí)密度為0.1g/mL，孔隙率為96％，孔徑分布為25-95nm；

S2、采用壓力式霧化器將二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、溴乙烷的混合物進(jìn)行霧化，其中，霧化壓力為0.38MPa，且二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、溴乙烷的混合物中，二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、溴乙烷的體積比為3：5：2：1，然后從密閉容器頂部輸送進(jìn)密閉容器中形成包膜試劑，再將細(xì)化氣凝膠均勻分散在密閉容器中形成粉體霧，使粉體霧吸附包膜試劑得到包覆氣凝膠；其中，所述密閉容器底部裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的分散劑水溶液，并設(shè)置有攪拌裝置和吹氣裝置；所述分散劑為硬脂酸鈉、十八烷基硫酸鈉、卵磷脂、蔗糖酯、十二烷基二亞甲基二甲酸鈉、羧基甜菜堿的混合物；所用二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、溴乙烷的混合物的體積與細(xì)化氣凝膠的質(zhì)量比為21mL/g；

S3、待包覆氣凝膠下沉到分散劑水溶液表面，利用攪拌裝置將密度大于等于水的包覆氣凝膠攪拌分散在水溶液中，利用吹氣裝置將密度小于水漂浮在液面的包覆氣凝膠吹起，使其再次與包膜試劑接觸，并進(jìn)行吸附。

分散在水溶液中的包覆氣凝膠能穩(wěn)定分散，而不會(huì)迅速沉降分離；對(duì)分散在水溶液中的二氧化硅氣凝膠粉體常壓干燥，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/(m·k)，振實(shí)密度為0.11g/mL，孔隙率為93％，孔徑分布為10-40nm；比較兩者數(shù)據(jù)可知，分散后的二氧化硅氣凝膠粉體保持了其固有的性質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。