專利名稱：一種制備疏水SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>干凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干凝膠材料的制備技術(shù)。尤其涉及一種溶膠-凝膠法制
備疏水Si02-Ti02-Zr02的方法。 技術(shù)背景
干凝膠材料具有極低的密度、極大的孔隙率和比表面積，在科技 高速發(fā)展的今天，這些獨(dú)特的性質(zhì)決定了它必將成為研究的熱點(diǎn)。 目前，干凝膠在很多領(lǐng)域已有應(yīng)用，最突出的是在隔熱保溫領(lǐng)域。
由于Si02干凝膠材料具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)(一般在0. 05W m—1 K—t左
右)，國外已有人將Si02干凝膠粉末夾雜在兩塊玻璃板中間制成保溫
玻璃，即透光又保溫，降低了供暖能耗，也有人將其添加到墻體材料 或墻體表面涂層中，起到了較好的保溫隔熱作用。
由于Si02干凝膠具有低密度、高氣孔率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此強(qiáng)度低、 易碎裂、成型困難是其難以克服的缺點(diǎn)，這一缺點(diǎn)限制了其在隔熱保 溫及其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明是在Si02干凝膠中通過溶膠-凝膠法首次引入Ti02、 Zr02 組分，通過使其結(jié)構(gòu)中新增加的Ti-O網(wǎng)絡(luò)和Zr-0網(wǎng)絡(luò)，或分散于原 Si-0網(wǎng)絡(luò)中^與Si-0網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)形成Si-0-Ti、 Si-0-Zr結(jié)構(gòu)，提高單 純Si-O網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首次將Ti02、 Zr02組分通過溶膠-凝膠法引入Si02干凝膠 中，使網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜、致密度更大，在隔熱保溫性能變化不大的情況 下提高了制品的成型性能，增加了其應(yīng)用范圍。
其制備方法如下
1. 按質(zhì)量比氧氯化鋯鈦酸丁酯正硅酸乙酯無水乙醇 =1:2.7:16.7:106.7配成溶液，用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為 2.5-4.0，此時(shí)將溶液溫度保持在70 75°C，并持續(xù)攪拌約10min 后向溶液中滴加稀NaOH溶液，直至形成凝膠。
2. 將上述形成的凝膠置于按體積比l: 1配成的正硅酸乙酯-無水乙醇 溶液中老化，老化溫度為6(TC，老化時(shí)間為15h，既得到老化的凝 膠。然后將經(jīng)過老化的凝膠置于正庚烷中以浸泡方式完成洗滌，浸 泡時(shí)間為24h，浸泡溫度為7(TC;再將經(jīng)過浸泡洗滌的凝膠再置于 三甲基氯硅烷中以浸泡方式完成疏水改性處理，處理時(shí)間12h，之 后取出，于溫度為5CTC、常壓下干燥12h，即制得前述的Si02-TiO廠Zr02干凝膠。
按上述方法制備的Si02-Ti02-Zr02干凝膠室溫下為無定形態(tài) (如圖l 、圖2所示)，表面平整、均勻，無大的團(tuán)聚顆粒及裂紋 結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，氣孔率可以達(dá)到85%,比表面積190 210mVg， 孔徑6 30nm，粒子直徑小于20nm (如圖4所示)，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 到0.0857W/(m*K)，具有較好的隔熱保溫性能。按上述方法制備 的疏水性的Si02-Ti02-Zr02干凝膠具有較強(qiáng)的疏水性能，即在空氣 中，水的潤濕角大于120° (如圖5所示)。按上述方法制備的疏 水性的Si02-Ti02-Zr02干凝膠中可推測出Si-0-Ti、 Si-0-Zr結(jié)構(gòu) (如圖6所示)。
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圖1 : Si02-Ti02-Zr02干凝膠的XRD圖譜； 圖2 SiO廠Ti02-Zr02干凝膠的EED圖譜； 圖3 : Si02-Ti02-Zr02干凝膠的SEM圖譜； 圖4 : SiO廠Ti02-Zr02干凝膠的TEM圖譜; 圖5 : Si02-Ti02-Zr02干凝膠表面上的水滴；
圖6 (a) Si02干凝膠的紅外光譜圖;圖6 (b): Si02-Ti02-Zr02 干凝膠的紅外光譜圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
按質(zhì)量比氧氯化鋯鈦酸丁酯正硅酸乙酯無水乙醇 =1:2.7:16.7:106.7配成溶液，使用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的PH為 2.5-4.0，此時(shí)溶液溫度保持在70 75。C，并持續(xù)攪拌約10min后 向溶液中滴加稀NaOH溶液，即可制得凝膠。
實(shí)施例2:
將制得凝膠置于按體積比1:1配成的正硅酸乙酯-無水乙醇溶 液中老化15h，老化溫度為6(TC。然后將經(jīng)過老化的凝膠置于正庚 烷中以浸泡方式完成洗滌，浸泡時(shí)間為24h，浸泡溫度為7(TC;再 將經(jīng)過浸泡的凝膠再置于三甲基氯硅烷中以浸泡方式完成疏水改 性處理，處理時(shí)間12h，之后取出，于溫度為5(TC、常壓條件下干 燥12h，即制得前述的Si02-Ti02-Zr02干凝膠。
權(quán)利要求
1、一種制備氣孔率大于85％、密度約為0.5g/cm3、比表面積達(dá)到200cm2/g的疏水SiO2-TiO2-ZrO2干凝膠的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)按質(zhì)量比氧氯化鋯∶鈦酸丁酯∶正硅酸乙酯∶無水乙醇＝1∶2.7∶16.7∶106.7配成溶液，用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為2.5-4.0，此時(shí)將溶液溫度保持在70-75℃，并持續(xù)攪拌約10min后向溶液中滴加稀NaOH溶液，直至形成凝膠；(2)將形成的凝膠置于按體積比1∶1配成的正硅酸乙酯-無水乙醇溶液中老化15h，老化溫度為60℃；再將經(jīng)過老化的凝膠置于正庚烷中以浸泡方式完成洗滌，浸泡時(shí)間為24h，浸泡溫度為70℃；然后將經(jīng)過浸泡的凝膠再置于三甲基氯硅烷中以浸泡方式完成疏水改性處理，處理時(shí)間12h，之后取出，再于溫度為50℃、常壓下干燥12h，即制得前述的SiO2-TiO2-ZrO2干凝膠。
2、 一種用權(quán)利要求1所述方法制備的疏水Si02-Ti02-Zr02干凝膠在隔 熱保溫領(lǐng)域的應(yīng)用；對按權(quán)利要求1所述方法制得的干凝膠進(jìn)行導(dǎo)熱 系數(shù)的測定，得到導(dǎo)熱系數(shù)約為0.0857W/(m，K)，具有良好的隔熱保 溫性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種疏水SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>干凝膠的制備方法。本發(fā)明首次將TiO<sub>2</sub>、ZrO<sub>2</sub>組分通過溶膠-凝膠法引入SiO<sub>2</sub>干凝膠中，使網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜、致密度增大，在隔熱保溫性能變化不大的情況下提高了制品的成型性能，增加了其應(yīng)用范圍。用正硅酸乙酯、鈦酸丁酯和氧氯化鋯做原料，通過溶膠-凝膠法制備出SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>凝膠，于常壓且溫度為50℃的條件下干燥后即可制得疏水SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>干凝膠。該干凝膠可用于保溫隔熱方面。儀器分析表明制得的干凝膠氣孔率可以達(dá)到85％，比表面積190～210m<sup>2</sup>/g，孔徑6～30nm，粒子直徑小于20nm，密度約為0.5g/cm<sup>3</sup>，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.0857W/(m·K)，在空氣中，水的潤濕角大于120°。
文檔編號C04B32/00GK101565296SQ20091014695
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者吳衛(wèi)華, 王黔平, 陳明華 申請人:河北理工大學(xué)