一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，包括以下步驟：首先制備凝膠顆粒，然后用非極性溶劑、醇類和硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑溶液進行交換與改性，最后將改性后的二氧化硅濕凝膠進行干燥，得到疏水二氧化硅氣凝膠粉體。本發(fā)明選用工業(yè)水玻璃作為硅源，于分散相中，在乳化劑與催化劑作用下形成尺寸均勻的凝膠顆粒，采用一步溶劑交換與表面改性方法對其改性，最后形成常壓干燥直接得到二氧化硅氣凝膠粉體，本發(fā)明疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法大大降低了溶膠交換、表面改性的時間，制得二氧化硅氣凝膠粉體尺寸均一，常壓干燥相對于超臨界干燥節(jié)約大量能源。
【專利說明】
一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于高分子技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法。【背景技術(shù)】
[0003]目前，Si〇2氣凝膠粉末的制備一般是采用制備氣凝膠塊體再磨成粉末或采用噴霧法或乳液法。常壓干燥制備Si02氣凝膠塊體制作周期長，容易出現(xiàn)改性不完全的情況，使得制備出來的Si02氣凝膠粉體品質(zhì)不佳;噴霧法制備出來的Si02氣凝膠粉體則容易在噴霧的過程中液滴產(chǎn)生粘連團聚，從而出現(xiàn)粒徑超過1mm的粉體;乳液法制備出來的Si02氣凝膠則由于乳液液滴大小不均一，制備出來的氣凝膠粉體粒徑分布范圍寬。
[0004]中國專利CN 102897778 A采用正硅酸四乙酯為硅源，對溶膠進行原位改性，最后常壓干燥得到氣凝膠粉體。中國專利CN 104445224 A以甲基硅酸鹽作為二氧化硅氣凝膠的原材料，經(jīng)酸催化得到溶膠，加入低表面張力溶劑除去溶膠中的水，得到濕凝膠，然后直接常壓干燥，粉碎后得到氣凝膠粉體。中國專利CN 104003406A采用水玻璃或硅酸為硅源，連同油相，表面活性劑、助表面活性劑配制成微乳液，然后中和微乳液至pH為6-10形成濕凝膠微粒，濕凝膠依次進行陳化、洗滌、溶劑交換，最后用硅烷改性劑改性后常溫常壓下干燥凝膠獲得氣凝膠粉體，雖可制得粒徑較為均一的氣凝膠顆粒，但是制備工藝較為復(fù)雜，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)將水玻璃用一定量的去離子水稀釋，將稀釋后的水玻璃溶液加入到酸性溶液中，攪拌均勻，控制溶液pH為2，得溶液A;(2)將分散相和乳化劑混合，高速攪拌，得溶液B;(3)將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，高速攪拌條件下加入堿性催化劑，調(diào)節(jié)溶液的 pH為5.5-6，后繼續(xù)攪拌2-10min，得凝膠顆粒，將凝膠顆粒置于一定溫度的水浴條件下進行老化；(4)向凝膠顆粒中加入非極性溶劑、醇類和硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑溶液進行交換與改性，改性后加入去離子水?dāng)嚢?，除去改性溶液層，得二氧化硅濕凝膠，將二氧化硅濕凝膠置于鼓風(fēng)干燥箱中干燥，得到疏水二氧化硅氣凝膠粉體。
[0007]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(1)中水玻璃的模數(shù)為2.5-3.55,水玻璃與水的體積比為1:0.5到1:3。
[0008]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(1)中酸性溶液為鹽酸、硫酸、草酸或醋酸中的一種;所述水玻璃溶液與酸性溶液的體積比為5:1。
[0009]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(2)中分散相為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、正戊烷、石油醚或汽油中的一種或幾種的混合物;所述乳化劑為司班80;所述分散相與乳化劑的體積比為50:1到300:1;所述攪拌速度為200-500r/min。
[0010]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(3)中堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種;所述攪拌速度為500-700r/min;所述水浴溫度為40-60°C，水浴時間為l_4h。 [〇〇11]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(4)中非極性溶劑為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、 正戊烷、石油醚或汽油中的一種或幾種的混合物;醇類為乙醇、甲醇或異丙醇中的一種或幾種的混合物;硅烷偶聯(lián)劑為三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一種;所述改性劑溶液與凝膠顆粒的體積比為4-8:1;所述醇類和硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1:2-3。
[0012]硅烷偶聯(lián)劑與濕凝膠孔隙中水的摩爾比宜大于0.3:1，以確保完全改性，非極性溶劑的添加量以完全淹沒濕凝膠為準(zhǔn)，可適當(dāng)過量，避免在改性過程中因溶劑量過少而導(dǎo)致凝膠的孔隙液蒸發(fā)。
[0013]作為進一步地優(yōu)選，本發(fā)明所述步驟(4)中干燥溫度為80-120°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明選用工業(yè)水玻璃作為硅源，于分散相中，在乳化劑與催化劑作用下形成尺寸均勻的凝膠顆粒，采用一步溶劑交換與表面改性方法對其改性，最后形成常壓干燥直接得到二氧化硅氣凝膠粉體，本發(fā)明疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法大大降低了溶膠交換、表面改性的時間，制得二氧化硅氣凝膠粉體尺寸均一，常壓干燥相對于超臨界干燥節(jié)約大量能源?！靖綀D說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的二氧化硅氣凝膠掃描電鏡圖?！揪唧w實施方式】
[0016]實施例1將去離子水與水玻璃(3.55模，質(zhì)量分數(shù)32.16%)按體積比1:2混合并攪拌;取稀釋后的水玻璃15ml加入到3ml 5M的鹽酸中，加入時攪拌，使之混合均勻，控制溶液pH為2，得到溶液 A。取50ml的正己烷，向其中加入0.2ml司班80,400r/min攪拌lmin，得到溶液B。將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，之后向其中加入lml 5M的氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為5.5，該步驟過程中要一直高速攪拌，加入氨水后攪拌2min，攪拌速度為300r/min，形成均勾的凝膠小顆粒。將凝膠顆粒在45°C水浴條件下老化lh。將凝膠中剩余的正己烷、司班80倒出、回收，之后向凝膠顆粒中加入25ml三甲基氯硅烷、12ml乙醇及50ml正己烷，在45°C水浴條件下進行交換與改性。6h后向容器中加入10ml水，用玻璃棒攪拌，以溶解容器底部的乳白色無機鹽，之后將廢液倒出，將二氧化硅濕凝膠置于80°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥，即可得到疏水的二氧化硅氣凝膠粉體，所得氣凝膠粉體振實密度為〇.12g/cm3。
[0017]實施例2將去離子水與水玻璃(3.55模，質(zhì)量分數(shù)32.16%)按體積比1:4混合并攪拌;取稀釋后的水玻璃15ml加入到3ml 5M的鹽酸中，加入時攪拌，使之混合均勻，控制溶液pH為2，得到溶液 A。取50ml的正己烷，向其中加入0.2ml司班80,400r/min攪拌lmin，得到溶液B。將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，之后向其中加入lml 5M的氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為6，該步驟過程中要一直高速攪拌，加入堿性催化劑后攪拌2min，形成均勻的凝膠小顆粒。將凝膠在45°C水浴條件下老化lh。將凝膠中剩余的正己烷、司班80倒出、回收，之后向凝膠顆粒中加入25ml三甲基氯硅烷、12ml乙醇及50ml正己烷，在45°C水浴條件下進行交換與改性。6h后向容器中加入 l〇ml水，用玻璃棒攪拌，以溶解容器底部的乳白色無機鹽，之后將廢液倒出，將濕凝膠置于 l〇〇°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥，即可得到疏水的二氧化硅氣凝膠粉體，所得氣凝膠粉體振實密度為 0? 14g/cm3〇 [〇〇18] 實施例3將去離子水與水玻璃(3.55模，質(zhì)量分數(shù)32.16%)按體積比1:3混合并攪拌;取稀釋后的水玻璃30ml加入到6ml 5M的鹽酸中，加入時攪拌，使之混合均勻，控制溶液pH為2，得到溶液 A。取150ml的正己燒，向其中加入0.5ml司班80，600r/min攪拌lmin，得到溶液B。將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，之后向其中加入2ml 5M的氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為6，該步驟過程中要一直高速攪拌，加入堿性催化劑后攪拌2min，形成均勻的凝膠小顆粒。將凝膠在45°C水浴條件下老化lh。將凝膠中剩余的正己烷、司班80倒出、回收，以便下次使用。之后向凝膠顆粒中加入55ml六甲基二硅氮烷、24ml乙醇及100ml正己烷，在45°C水浴條件下進行交換與改性。6h后向容器中加入30ml水，用玻璃棒攪拌，以溶解容器底部的乳白色無機鹽，之后將廢液倒出，將濕凝膠置于90°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥，即可得到疏水的二氧化硅氣凝膠粉體，所得氣凝膠粉體振實密度為〇.13g/cm3。
[0019]實施例4將去離子水與水玻璃(3.55模，質(zhì)量分數(shù)32.16%)按體積比1:3混合并攪拌;取稀釋后的水玻璃30ml加入到6ml 5M的鹽酸中，加入時攪拌，使之混合均勻，控制溶液pH為2，得到溶液 A。取150ml的正庚烷，向其中加入0.5ml司班80,500r/min攪拌lmin，得到溶液B。將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，之后向其中加入2ml 5M的氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為5.5，該步驟過程中要一直高速攪拌，加入堿性催化劑后攪拌2min，形成均勻的凝膠小顆粒。將凝膠在45°C水浴條件下老化lh。將凝膠中剩余的正庚烷、司班80倒出、回收，以便下次使用。之后向凝膠顆粒中加入55ml三甲基氯硅烷、24ml異丙醇及100ml正庚烷，在45°C水浴條件下進行交換與改性。6h后向容器中加入30ml水，用玻璃棒攪拌，以溶解容器底部的乳白色無機鹽，之后將廢液倒出，將濕凝膠置于ll〇°C的鼓風(fēng)干燥箱中干燥，即可得到疏水的二氧化硅氣凝膠粉體， 所得氣凝膠粉體振實密度為〇.10g/cm3。
[0020]以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)將水玻璃用一定量的去離子水稀釋，將稀釋后的水玻璃溶液加入到酸性溶液中，攪拌均勻，控制溶液pH為2，得溶液A;(2 )將分散相和乳化劑混合，高速攪拌，得溶液B;(3)將溶液A加入到溶液B中，混合均勻，高速攪拌條件下加入堿性催化劑，調(diào)節(jié)溶液的 pH為5.5-6，后繼續(xù)攪拌2-10min，得凝膠顆粒，將凝膠顆粒置于一定溫度的水浴條件下進行 老化；(4)向凝膠顆粒中加入非極性溶劑、醇類和硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑溶液進行交換與改 性，改性后加入去離子水?dāng)嚢?，除去改性溶液層，得二氧化硅濕凝膠，將二氧化硅濕凝膠置 于鼓風(fēng)干燥箱中干燥，得到疏水二氧化硅氣凝膠粉體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(1)中水玻璃的模數(shù)為2.5-3.55，水玻璃與水的體積比為1:0.5到1:3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(1)中酸性溶液為鹽酸、硫酸、草酸或醋酸中的一種;所述水玻璃溶液與酸性溶液 的體積比為5:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(2)中分散相為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、正戊烷、石油醚或汽油中的一種或幾種的 混合物;所述乳化劑為司班80;所述分散相與乳化劑的體積比為50:1到300:1;所述攪拌速 度為 200-500r/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(3)中堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種;所述攪拌速度為500-700r/min;所述水浴溫度為40-60 °C，水浴時間為1 _4h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(4)中非極性溶劑為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、正戊烷、石油醚或汽油中的一種或幾 種的混合物;醇類為乙醇、甲醇或異丙醇中的一種或幾種的混合物;硅烷偶聯(lián)劑為三甲基氯 硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一種;所述改性劑 溶液與凝膠顆粒的體積比為4-8:1;所述醇類和硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1:2-3。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水二氧化硅氣凝膠粉體的常壓快速制備方法，其特征在于， 所述步驟(4)中干燥溫度為80-120°C。
【文檔編號】C01B33/16GK106082243SQ201610406506
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】何松, 劉忠, 程旭東, 李治, 石小靖
【申請人】伊科納諾（北京）科技發(fā)展有限公司