CN108484098B - 一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法 - Google Patents

一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，包括：将有机硅前驱体、无水乙醇与去离子水均匀混合后，加入酸性催化剂至pH为2～3，得到二氧化硅溶胶；加入凹凸棒土纤维，混合均匀后用碳酸盐/氨水混合溶液调节pH为6～8,转移到到模具中静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶，并进行老化；将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于碳酸氢钠水溶液中溶剂置换；置换后经过充分干燥后得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。本发明提供方法克服了一般常压干燥方法制备气凝胶出现粉末和小碎块的问题，实现了常压制备具有疏水或亲水特性的整块气凝胶。

Description

一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅气凝胶的制备，具体涉及一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法。
背景技术
二氧化硅(SiO2)气凝胶是一种由胶体粒子构成的具有空间网络结构的纳米多孔性非晶体固态材料。它的孔隙率可达80％～99.9％，孔隙尺寸与骨架颗粒尺寸分别在5～70nm和1～50nm之间。二氧化硅气凝胶具有许多独特的性能，如高比表面积、高孔隙率、高绝热性、低密度等。由于二氧化硅气凝胶具有上述独特性能，使之在光学、隔热保温、声学、催化剂载体、微电子、化学化工、航空航天等领域有着广泛而巨大的应用前景。
在制备二氧化硅气凝胶的过程中，关键过程是湿凝胶的干燥过程。由于毛细管力的存在、及气凝胶纳米孔内的水蒸汽压力较大，湿凝胶很容易在干燥过程中发生收缩变形和碎裂，难以获得完整的二氧化硅气凝胶块体。工业上广泛采用的超临界干燥法虽然能够有效制备二氧化硅气凝胶，但其所用设备昂贵且操作复杂，而且采用几十至上百个大气压，危险性很大，难以进行连续性大规模生产。为实现常压干燥法制备二氧化硅气凝胶，通常采用的方法有：增强凝胶网络的骨架强度、通过化学法使凝胶内的孔洞均匀、通过溶剂置换和表面修饰减小凝胶干燥时受到的毛细管力。
但湿凝胶孔内亲水基团的改性受表面改性试剂的浓度影响很大：浓度高导致反应过快，孔内压力过大，在改性阶段气凝胶骨架即发生裂纹；降低改性试剂初始浓度，反应后期改性剂浓度逐渐降低，使得改性不能完全。这两种情况均导致干燥过程中气凝胶开裂，仅能获得颗粒状气凝胶块体。
同时，由于纯二氧化硅气凝胶的力学性能较差，通常采用玻璃纤维、硅酸铝纤维和莫来石纤维作为增强剂提高气凝胶的力学强度。由于高碱玻璃纤维、硅酸铝耐火纤维材料高温粉化后对人体皮肤和呼吸***有严重损害,被2011年的REACH法规定为CMR2类致癌物，在建筑隔热等应用上受到很大的限制。天然纤维具有环保、成本低等特点，成为近年来气凝胶材料增强的研究热点。
如公开号为CN105272143A的中国发明专利采用海泡石纤维作为增强剂，常压干燥制备了孔隙和骨架结构稳定的二氧化硅气凝胶。公布号为CN105565774B的中国发明专利采用氨基封端剂首先对埃洛石进行表面改性消除亲水羟基，然后通过二甲基甲酰胺进行骨架加强，最后还须进行有机溶剂置换和二氧化碳超临界萃取制备出高强度二氧化硅气凝胶。这些方法均能制备出隔热性能较好的气凝胶，但常压干燥制备的二氧化硅气凝胶常由于改性不完全，得到的气凝胶为颗粒状气凝胶碎块，很难制得整块的气凝胶。同时，超临界法设备昂贵、操作复杂，难以进行连续性大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，克服了一般常压干燥方法制备中气凝胶出现粉末和小碎块的问题，实现了常压制备具有疏水或亲水特性的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合整块气凝胶。
本发明采用以下技术方案：
一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅前驱体、无水乙醇与去离子水均匀混合后，加入酸性催化剂至pH为2～3，进行水解，得到二氧化硅溶胶；
(2)加入经过酸洗预处理过的凹凸棒土纤维，混合均匀后用碳酸盐/氨水混合溶液调节pH为6～8,转移到到模具中静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶，并老化；
(3)将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于碳酸氢钠水溶液中溶剂置换；
(4)将溶剂置换后的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶取出，经过充分干燥后得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
其中，在步骤(2)中，老化的温度为20～60℃，时间为24～48小时。
其中，在步骤(3)中，置换的时间为12～24小时。
在步骤(1)中，所述有机硅前驱体：无水乙醇：去离子水的摩尔比为1:7～15：4～8。乙醇用于调节有机硅前驱体的浓度。
在步骤(1)中，所述酸性催化剂选自盐酸、醋酸、草酸中的一种或至少两种的组合。
作为优选，所述的酸性催化剂为盐酸和草酸混合溶液，其体积比为3:1。
在本发明中，酸和碱都可促进有机硅前驱体水解反应生成二氧化硅溶胶，但碱性催化剂对水解反应的催化作用比酸强得多。采用较强催化剂反应速度过快，不利于生产过程放大。
在步骤(2)中，所述凹凸棒土纤维的直径为20～40nm,长度0.5～1.5μm。
所述的凹凸棒土纤维是一种多孔型链层状含水富美铝硅酸盐类粘土矿物，天然凹凸棒土纤维呈针状，纤维状或纤维集合状，直径为10～60nm，长度可达微米，具有比较大的长径比；与广泛使用的玻璃纤维相比，具有无毒无害、良好的生物适应性、价格便宜、来源丰富等特点；凹凸棒土纤维含有大量的OH基团，能与二氧化硅气凝胶的Si─O─Si骨架良好结合，利于两者复合。
选择直径在20～40纳米，长度在0.5～1.5微米的凹凸棒土纤维，既可以起到增强气凝胶骨架结构的作用，也不会由于直径太大导致气凝胶骨架产生裂纹。
在步骤(2)中，所述凹凸棒土纤维的质量为二氧化硅气凝胶质量的3～20％。所述二氧化硅气凝胶质量是由有机硅前驱体计算得到的理论值。质量分数过高，凹凸棒土纤维在溶胶中不能分散均匀，会沉降在溶胶底部，质量分数过低，对二氧化硅气凝胶骨架增强作用不是很明显。
在步骤(2)中，所述的碳酸盐/氨水混合溶液中的碳酸盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或至少两种的组合。碳酸盐与氨水的体积比为1:5。
作为优选，所述的碳酸盐/氨水混合溶液为碳酸钠和氨水的混合溶液。
在步骤(3)中，所述的碳酸氢钠水溶液的浓度为0.04～0.16g/ml。
在步骤(3)中，碳酸氢钠水溶液置换气凝胶微孔中的水和乙醇，在随后的干燥过程中，碳酸氢钠发生分解生成二氧化碳气体。气凝胶微孔中的二氧化碳气体不仅有利于排出水，而且可提供合适的微孔压力抑制二氧化硅骨架碎裂，保证干燥后气凝胶的完整性。
在步骤(3)中，碳酸氢钠水溶液中碳酸氢钠在50℃以上才开始逐渐分解生成二氧化碳气体，在270℃即可完全分解。其中，在步骤(3)干燥前无二氧化碳气体生成，有利于湿凝胶的制备。
在步骤(4)中，所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶在50～70℃下干燥10～20min，经过去离子水洗涤后，再在80～270℃下干燥得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
优选的，经过去离子水洗涤后，再在120℃和270℃依次干燥得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。使二氧化碳气体产生速率适中和保证碳酸氢钠完全分解。
优选的，所述有机硅前驱体：无水乙醇：去离子水的摩尔比为1:10～15：6，凹凸棒土纤维的质量为二氧化硅气凝胶质量的15～20％，碳酸氢钠水溶液的浓度为0.1～0.14g/ml。在上述多种条件协同下，制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶较好的导热性能和压缩性能。
所述常压制备方法还包括：将亲水性二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶浸渍于硅烷偶联剂溶液中进行表面改性，经干燥后得到疏水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
所述的硅烷偶联剂溶液选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、硅烷三醇丙酸钠、N～[(3～三甲氧基硅基)丙基]乙二胺三乙酸三钠或三甲基氯硅烷溶液中的一种或至少两种的组合。
本发明提供的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法通过在二氧化硅凝胶孔洞内反应生成二氧化碳气体，填充一定压力和天然纤维改性相结合的方法，获得了具有疏水或亲水特性的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合块体气凝胶；不仅克服了传统超临界干燥工艺投资大、效率和安全性低等缺点，又解决了现有常压制备过程收缩、变形以及严重破裂问题，实现了常压干燥制备整块气凝胶。
本发明制备得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶无碎裂、孔径分布均匀、导热率低、力学性能好等特点；本发明无需耗时的反复溶剂置换和表面改性即可进行常压干燥，缩短了制备周期，节约了生产成本，便于进行工业化生产。
附图说明
图1为本发明提供二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法的流程图；
图2为实施例6制备的块体二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的光学照片；
图3为实施例6制备的块体二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的SEM照片；
图4为实施例6制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的SEM照片；
图5为对比例2制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的光学照片；
图6为对比例2制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的SEM照片。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅前驱体、无水乙醇与去离子水均匀混合后，加入酸性催化剂至pH为2～3，水解30分钟，得到二氧化硅溶胶；
(2)加入经过酸洗预处理过的凹凸棒土纤维，混合均匀后用碳酸盐/氨水混合溶液调节pH为6～8,转移到到模具中静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶，于20～60℃下老化24～48小时；
(3)将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于碳酸氢钠水溶液中溶剂置换12～24小时；
(4)将溶剂置换后的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶取出，经过充分干燥后得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例1
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:7：4混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至2，搅拌30min，将3wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至6，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于20℃水浴锅中老化24h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.04mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换12小时；置换后50℃下干燥20min，再进入去离子水中清洗干净，经过80℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例2
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:7：8混合搅拌均匀，加入醋酸调节pH至3，搅拌30min，将15wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸氢钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于40℃水浴锅中老化36h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.1mol/L碳酸氢钠水溶液中溶剂置换18小时；置换后60℃下干燥15min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例3
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:7：6混合搅拌均匀，加入盐酸调节pH至3，搅拌30min，将20wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸氢氨/氨水混合溶液调节pH至8，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于60℃水浴锅中老化48h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.14mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换24小时；置换后70℃下干燥10min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例4
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:7：4混合搅拌均匀，加入草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将20wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至8，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于60℃水浴锅中老化48h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.16mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换24小时；置换后70℃下干燥10min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例5
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至2，搅拌30min，将3wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至6，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于20℃水浴锅中老化24h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.04mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换12小时；置换后50℃下干燥20min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例6
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将15wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于40℃水浴锅中老化36h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换18小时；置换后60℃下干燥15min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶如图2所示，非常完整，没有明显裂纹；其微观形貌如图3、4所示，孔洞分布均匀，凹凸棒土纤维与二氧化硅粒子很好结合在一起。
实施例7
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将20wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至8，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于60℃水浴锅中老化48h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.14mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换24小时；置换后70℃下干燥10min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例8
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:15：8混合搅拌均匀，加入盐酸调节pH至2，搅拌30min，将3wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至6，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于20℃水浴锅中老化24h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.04mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换12小时；置换后50℃下干燥20min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例9
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:15：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将15wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于40℃水浴锅中老化36h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换18小时；置换后60℃下干燥15min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例10
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：4混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将20wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至8，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于60℃水浴锅中老化48h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.16mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换24小时；置换后70℃下干燥10min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
实施例11
在室温下(25℃)，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，将15wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于40℃水浴锅中老化36h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换18小时；置换后60℃下干燥15min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型氧化硅凹凸棒土纤维复合气凝胶；将所得亲水型氧化硅凹凸棒土纤维复合气凝胶浸泡在用正己烷、乙醇稀释的三甲基氯硅烷溶液中，改性24h；改性后用正己烷清洗24h；后面50℃干燥12h，85℃干燥3h，125℃干燥1h，得到疏水型氧化硅凹凸棒土纤维复合气凝胶。
对比例1
在室温下(25℃)下，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至3，搅拌30min，加入碳酸钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅凝胶；将所得到二氧化硅凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于40℃水浴锅中老化36h；老化后将二氧化硅水凝胶从模具中取出，浸渍于0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液中溶剂置换18小时；置换后60℃下干燥15min，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅气凝胶。
制备的二氧化硅气凝胶的比表面积为562.0m2/g，密度为0.310g/cm3，利用TC3200导热系数仪器测得其导热系数为0.028W/(m·k)，压缩强度为0.7MPa。
对比例2
在室温下(25℃)下，将正硅酸四乙酯、无水乙醇与去离子水按照摩尔比1:10：6混合搅拌均匀，加入盐酸和草酸混合液调节pH至2，搅拌30min，将15wt.％经过酸洗预处理过的直径为20～40nm，长度为0.5～1.5μm的凹凸棒土纤维加入到混合溶液中超声处理10min，使其分散均匀；加入碳酸氢钠/氨水混合溶液调节pH至7，搅拌后密封静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶；将所得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶加入40mL无水乙醇，密封后并置于20℃水浴锅中老化24h；老化后将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，再进入去离子水中清洗干净，经过120℃干燥12h，270℃干燥6h，得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的比表面积为380.0m2/g，密度为0.570g/cm3，利用TC3200导热系数仪器测得其导热系数为0.040W/(m·k)，压缩强度为1.5MPa。
图5为对比例2制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的光学照片和SEM照片如图5和图6所示，从图5中可以看出复合气凝胶裂纹明显，这是由于在干燥之前没有经过碳酸氢钠溶液替换，干燥过程中不能产生二氧化碳气体，从图6中可以看出孔洞分布不均匀，有明显的微裂纹。
表1实施例1～11和对比例1～2制备的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的性能测试结果
Figure BDA0001712262830000141
Figure BDA0001712262830000151
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅前驱体、无水乙醇与去离子水均匀混合后，加入酸性催化剂至pH为2～3，进行水解，得到二氧化硅溶胶；
(2)加入经过酸洗预处理过的凹凸棒土纤维，混合均匀后用碳酸盐/氨水混合溶液调节pH为6～8,转移到模具中静置得到二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶，并进行老化；
(3)将二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶从模具中取出，浸渍于碳酸氢钠水溶液中溶剂置换；
(4)将溶剂置换后的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合水凝胶取出，经过充分干燥后得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶；
在步骤(2)中，所述的凹凸棒土纤维的直径为20～40nm,长度0.5～1.5μm；
所述凹凸棒土纤维的质量为二氧化硅溶胶质量的3～20％。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的有机硅前驱体：无水乙醇：去离子水的摩尔比为1:7～15：4～8。
3.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的酸性催化剂选自盐酸、醋酸、草酸中的一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的碳酸盐/氨水混合溶液中的碳酸盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的碳酸氢钠水溶液的浓度为0.04～0.16g/ml。
6.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶在50～70℃下干燥10～20min，经过去离子水洗涤后，再在80～270℃下干燥得到亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
7.根据权利要求2所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，所述的有机硅前驱体：无水乙醇：去离子水的摩尔比为1:10～15：6，凹凸棒土纤维的质量为二氧化硅溶胶质量的15～20％，碳酸氢钠水溶液的浓度为0.1～0.14g/ml。
8.根据权利要求1所述的二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于，所述常压制备方法还包括：将得到的亲水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶浸渍于硅烷偶联剂溶液中进行表面改性，经干燥后得到疏水型二氧化硅/凹凸棒土纤维复合气凝胶。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109233310A (zh) * 2018-09-11 2019-01-18 界首永恩机电科技有限公司 一种用于塑料改性的凹凸棒土及其制备方法
CN109096658A (zh) * 2018-09-11 2018-12-28 界首永恩机电科技有限公司 一种改性pvc粒料及其制备方法
CN109206789A (zh) * 2018-09-11 2019-01-15 界首永恩机电科技有限公司 一种用于pvc改性的二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN109250738B (zh) * 2018-09-19 2021-03-09 西南科技大学 耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法
CN110538485A (zh) * 2019-08-27 2019-12-06 河南大学 纳米氮化碳/氧化铜复合材料、纳米氮化碳/氧化铜复合固相微萃取器及其制备方法和应用
CN113680288A (zh) * 2020-05-18 2021-11-23 淮阴工学院 一种疏水性凹凸棒石复合气凝胶的制备方法
CN113683388A (zh) * 2020-05-18 2021-11-23 淮阴工学院 一种耐高温柔性凹凸棒石复合气凝胶的制备方法
CN111592329B (zh) * 2020-05-25 2022-06-03 福建拓烯新材料科技有限公司 改性二氧化硅气凝胶的制备方法及改性二氧化硅气凝胶
CN113750916A (zh) * 2021-08-18 2021-12-07 南京工业大学 一种凹凸棒土-二氧化硅复合气凝胶微球的制备方法
CN114933783B (zh) * 2022-05-31 2023-08-25 江苏恒烽显示科技有限公司 一种用于led封装的树脂材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103435055A (zh) * 2013-06-29 2013-12-11 浙江工业大学 一种常压下制备低密度二氧化硅气凝胶的方法
CN105272143A (zh) * 2015-12-06 2016-01-27 北京工业大学 一种不同长度海泡石纤维增强的低成本疏水型二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法
CN105621420A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 成都新柯力化工科技有限公司 一种通过发泡制备二氧化硅气凝胶的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103435055A (zh) * 2013-06-29 2013-12-11 浙江工业大学 一种常压下制备低密度二氧化硅气凝胶的方法
CN105272143A (zh) * 2015-12-06 2016-01-27 北京工业大学 一种不同长度海泡石纤维增强的低成本疏水型二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法
CN105621420A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 成都新柯力化工科技有限公司 一种通过发泡制备二氧化硅气凝胶的方法

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