專利名稱：用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠是介于固體和液體之間的三維網(wǎng)絡(luò)或互穿網(wǎng)絡(luò)，是一種能顯著溶脹于水， 但在水中又不能溶解的親水聚合物凝膠。水凝膠應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如干旱地區(qū)的抗旱， 農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水，在 礦業(yè)中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫(yī)療中的藥物載體等等。水凝膠還是一種新型 功能高分子材料，由于它具有高吸水能力和對外界刺激產(chǎn)生敏感響應(yīng)的性能，因此在記憶 元件開關(guān)、人造肌肉、藥物控釋體系、化學(xué)存儲器、分離膜、生物傳感器、活性酶包埋等方面 都有廣泛的應(yīng)用前景，因而吸引了許多研究者的關(guān)注。水凝膠是以水為分散介質(zhì)的凝膠。水作為相變潛熱最大的物質(zhì)，是其它任何材料 都無可比擬的。所以，以其作為吸熱劑是很好的選擇，但由于水在吸熱后會溫度升高，達(dá)到 沸點后持續(xù)沸騰，而體積不斷減小，液面下降，使被保護(hù)體的被保護(hù)部分逐漸減少，或在使 用中易流淌、泄露、濺射，而失去對被保護(hù)體的保護(hù)作用。冰雖然是固體，但由于其導(dǎo)熱系數(shù) 較高，導(dǎo)致其受熱時先全部融化成水，而后和水一樣失去了對被保護(hù)體的保護(hù)作用。水凝膠雖然內(nèi)部包覆大量的水，但卻與水和冰有著截然不同的性質(zhì)。水凝膠內(nèi)部 的水分布在蜂窩狀結(jié)構(gòu)中，凝膠體具有一定的強(qiáng)度，可以在一定的外力作用下保持其結(jié)構(gòu) 的完整性，這也大大降低了其導(dǎo)熱系數(shù)。水凝膠在受熱時，由于表面溫度不能及時向內(nèi)傳 遞，表面溫度升高迫使表面水分蒸發(fā)來帶走熱量，使保護(hù)層內(nèi)部溫度不致升高過多，從而能 有效保護(hù)被保護(hù)的物體。所以，可以作為重要儀器、設(shè)備等的熱防護(hù)層、滅火劑等。但現(xiàn)有 的水凝膠制備方法緩慢，凝膠時間長，若加快凝膠速度，極易導(dǎo)致沉淀現(xiàn)象發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的水凝膠制備方法緩慢，凝膠時間長的問題，提供 了一種用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法。本發(fā)明用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃 度為0. 048 0. 073g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液配制濃度為0. 064 0. 095g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為6 8，得到 混合液，然后將混合液在20°C 60°C的條件下處理3s 30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。本發(fā)明用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃 度為0. 045 0. 083g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶液配制濃度為0. 075 0. 120g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為6 8，得 到混合液，然后將混合液在20°C 60°C的條件下處理3s 30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
本發(fā)明是使硅酸鈉水溶液在硼酸水溶液或檸檬酸水溶液作為活化劑的作用下形 成含水量(體積)為90 96%的硅酸水凝膠。當(dāng)硅酸水凝膠表面受熱時，水凝膠通過表面 水分的蒸發(fā)帶走熱量，內(nèi)部溫度比表面溫度低的多，限制了內(nèi)部的溫度升高速度；同時，由 于硅酸聚合形成空間網(wǎng)狀的凝膠體后，凝膠體本身具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，從而起到良好的 熱防護(hù)作用。本發(fā)明制備硅酸水凝膠的方法形成凝膠速度快，制作工藝簡單，含水率高，導(dǎo) 熱系數(shù)低，具有一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不會產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，是一種環(huán)保材料。


圖1是具體實施方式
二十七和具體實施方式
二十八中應(yīng)用本發(fā)明制備的硅酸水 凝膠用于儀器熱防護(hù)的結(jié)構(gòu)原理示意圖，圖中1表示受保護(hù)儀器，2表示熱防護(hù)容器內(nèi)壁，3 表示熱防護(hù)容器外壁，4表示熱防護(hù)腔。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、配 制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 048 0. 073g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液 配制濃度為0. 064 0. 095g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至 PH值為6 8，得到混合液，然后將混合液在20°C 60°C的條件下處理3s 30s，即得用于 熱防護(hù)的硅酸水凝膠。本實施方式使硅酸鈉水溶液在硼酸水溶液作為活化劑的作用下形成含水量(體 積)為90 96%的硅酸水凝膠。當(dāng)硅酸水凝膠表面受熱時，水凝膠通過表面水分的蒸發(fā)帶 走熱量，內(nèi)部溫度比表面溫度低的多，限制了內(nèi)部的溫度升高速度；同時，由于硅酸聚合形 成空間網(wǎng)狀的凝膠體后，凝膠體本身具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，從而起到良好的熱防護(hù)作用。本 發(fā)明制備硅酸水凝膠的方法形成凝膠速度快，制作工藝簡單，含水率高，導(dǎo)熱系數(shù)低，具有 一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不會產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，是一種環(huán)保材料。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述硅酸鈉水溶 液的濃度為0.048g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述硅酸鈉水溶 液的濃度為0.073g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述硅酸鈉水溶 液的濃度為0.053g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二所述硼酸水溶液 的濃度為0.064g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二所述硼酸水溶液 的濃度為0.095g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二所述硼酸水溶液 的濃度為0.075g/ml。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至PH值為7。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中將混合液在 40°C的條件下處理。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中將混合液在 50°C的條件下處理。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、 配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 045 0. 083g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶 液配制濃度為0. 075 0. 120g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶 液中至PH值為6 8，得到混合液，然后將混合液在20°C 60°C的條件下處理3s 30s， 即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。本實施方式使硅酸鈉水溶液在檸檬酸水溶液作為活化劑的作用下形成含水量 (體積)為90 96%的硅酸水凝膠。當(dāng)硅酸水凝膠表面受熱時，水凝膠通過表面水分的蒸 發(fā)帶走熱量，內(nèi)部溫度比表面溫度低的多，限制了內(nèi)部的溫度升高速度；同時，由于硅酸聚 合形成空間網(wǎng)狀的凝膠體后，凝膠體本身具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，從而起到良好的熱防護(hù)作 用。本發(fā)明制備硅酸水凝膠的方法形成凝膠速度快，制作工藝簡單，含水率高，導(dǎo)熱系數(shù)低， 具有一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不會產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，是一種環(huán)保材料。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟一所述硅酸鈉 水溶液的濃度為0. 045g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟一所述硅酸鈉 水溶液的濃度為0. 083g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟一所述硅酸鈉 水溶液的濃度為0. 063g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟二所述的檸檬 酸水溶液的濃度為0. 075g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟二所述的檸檬 酸水溶液的濃度為0. 120g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟二所述的檸檬 酸水溶液的濃度為0. 100g/ml。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟三中將檸檬酸 水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至PH值為7。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟三中將混合液 在40°C的條件下處理。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十一不同的是步驟三中將混合液 在50°C的條件下處理。其它與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
二十一本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下 一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 063g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液配制 濃度為0. 075g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為7，得 到混合液，然后將混合液在40°C的條件下處理30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十二 本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 048g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液配制 濃度為0. 064g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為6，得 到混合液，然后將混合液在20°C的條件下處理3s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十三本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下 一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 073g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液配制 濃度為0. 095g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為8，得 到混合液，然后將混合液在60°C的條件下處理30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十四本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下 一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 045g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶液配 制濃度為0. 075g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為 6，得到混合液，然后將混合液在20°C的條件下處理3s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十五本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下 一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 083g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶液配 制濃度為0. 120g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為 8，得到混合液，然后將混合液在60°C的條件下處理30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十六本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下 一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 073g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶液配 制濃度為0. 080g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為 7，得到混合液，然后將混合液在30°C的條件下處理20s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
具體實施方式
二十七結(jié)合圖1本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法 如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 070g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶 液配制濃度為0. 070g/ml的硼酸水溶液；三、將150ml硼酸水溶液加入到300ml硅酸鈉水 溶液中，得到混合液，將混合液加入到熱防護(hù)容器的熱防護(hù)腔4內(nèi)，熱防護(hù)容器內(nèi)壁2厚度 為10mm，熱防護(hù)腔4的直徑為100mm，然后將混合液在50°C的條件下經(jīng)攪拌或超聲處理3 30s，即得含水量(體積)為91%的硅酸水凝膠保護(hù)層(用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠)。本實施方式中在熱防護(hù)容器外部的環(huán)境溫度為250°C的條件下，熱防護(hù)容器內(nèi)部 溫度從25°C達(dá)到100°C的時間大于lOOmin。
具體實施方式
二十八結(jié)合圖1本實施方式中用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法 如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 070g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制檸檬酸水溶 液配制濃度為0. 110g/ml的檸檬酸水溶液；三、將150ml檸檬酸水溶液加入到300ml硅酸 鈉水溶液中，得到混合液，將混合液加入到熱防護(hù)容器的熱防護(hù)腔4內(nèi)，熱防護(hù)容器內(nèi)壁2 厚度為10mm，熱防護(hù)腔4的直徑為100mm，然后將混合液在50°C的條件下經(jīng)攪拌或超聲處理 3 30s，即得含水量(體積)為91%的硅酸水凝膠保護(hù)層(用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠)。本實施方式中在熱防護(hù)容器外部的環(huán)境溫度為250°C的條件下，熱防護(hù)容器內(nèi)部 溫度從25°C達(dá)到100°C的時間大于120min。
權(quán)利要求
用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0.048～0.073g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液配制濃度為0.064～0.095g/ml的硼酸水溶液；三、將硼酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至pH值為6～8，得到混合液，然后將混合液在20℃～60℃的條件下處理3s～30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟一所述硅 酸鈉水溶液的濃度為0. 053g/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟二所述硼 酸水溶液的濃度為0. 075g/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟三中將硼 酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至PH值為7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟三中將混 合液在40°C的條件下處理。
6.用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法 如下一、配制硅酸鈉水溶液配制濃度為0. 045 0. 083g/ml的硅酸鈉水溶液；二、配制 檸檬酸水溶液配制濃度為0. 075 0. 120g/ml檸檬酸水溶液；三、將檸檬酸水溶液加入到 硅酸鈉水溶液中至PH值為6 8，得到混合液，然后將混合液在20°C 60°C的條件下處理 3s 30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟一所述硅 酸鈉水溶液的濃度為0. 063g/ml。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟二所述的 檸檬酸水溶液的濃度為0. 100g/ml。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟三中將檸 檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中至PH值為7。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，其特征在于步驟三中將 混合液在50°C的條件下處理。
全文摘要
用于熱防護(hù)硅酸水凝膠的制備方法，它涉及一種水凝膠的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的水凝膠制備方法緩慢，凝膠時間長的問題。本方法如下配制硅酸鈉水溶液；二、配制硼酸水溶液或檸檬酸水溶液；三、將硼酸水溶液或檸檬酸水溶液加入到硅酸鈉水溶液中再處理3s～30s，即得用于熱防護(hù)的硅酸水凝膠。本發(fā)明制備硅酸水凝膠的方法形成凝膠速度快，制作工藝簡單，含水率高，導(dǎo)熱系數(shù)低，具有一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不會產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，是一種環(huán)保材料。
文檔編號C01B33/12GK101979319SQ201010501158
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者丁銳, 張寶為, 肖海英, 蘆曉輝, 解洋, 賈娜姿, 陳靜怡, 韓兆祥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)