1.本发明属于新材料的制备领域，涉及一种用碱性硅溶胶制备氧化硅气凝胶的方法。


背景技术：

2.氧化硅气凝胶是一种具有优异保温隔热性能的轻质多孔纳米材料，其导热系数低于0.02w/(m
·
k)，在航空航天、石油化工、新能源、节能建筑等领域有良好的应用前景。氧化硅气凝胶普遍采用正硅酸乙酯为原料，制备成本较高，成本问题极大地限制了气凝胶的规模化生产和应用，因此需寻找优质廉价的硅源，降低生产成本。碱性硅溶胶可通过聚合反应得到凝胶，具有较低的价格，是一种很好的硅源。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了改进现有氧化硅气凝胶隔热材料制备成本高的问题，而提供了一种选用优质廉价的碱性硅溶胶为硅源的碱性硅溶胶制备氧化硅气凝胶的方法，解决了氧化硅气凝胶材料硅源成本高的问题，提高氧化硅气凝胶的耐高温性能和结构稳定性，方法简单可控。
4.本发明的技术方案为：一种用碱性硅溶胶制备氧化硅气凝胶的方法，其具体步骤如下：
5.(1)将碱性硅溶胶和水按0.85～1.5:1的体积比混合搅拌均匀后得到硅溶胶水溶液；
6.(2)步骤(1)得到的硅溶胶水溶液中加入占总体积分数1％～20％的功能粉体和总体积分数0.1％～5％的分散剂分散均匀；
7.(3)步骤(2)得到的混合液中加入酸调节溶液的ph为1～2，搅拌30～120min后再加碱调节ph为5～7；
8.(4)步骤(3)得到的混合液放入烘箱使其凝胶化得到湿凝胶；
9.(5)步骤(4)得到的湿凝胶在20～70℃下老化6～12h；
10.(6)步骤(5)得到的湿凝胶放入有机溶剂中进行溶剂置换；
11.(7)步骤(6)得到的湿凝胶浸入疏水改性剂中进行疏水改性；
12.(8)将步骤(7)中的湿凝胶进行干燥即制得氧化硅气凝胶。
13.优选步骤(1)中所述的碱性硅溶胶的生产厂家为上海源叶生物科技有限公司，其质量固含量为25～30％，ph为9～10.5。
14.优选步骤(2)中所述的功能粉体为遮光剂粉体或高温结构稳定剂；其中遮光剂粉体为碳化硅、炭黑、氧化钛或氧化锆，高温结构稳定剂为氮化硼、氧化钼、氧化钇或氧化铝。
15.优选步骤(2)中所述的分散剂为硅烷偶联剂kh550、羧甲基纤维素、焦磷酸钠或丙烯酸酯高分子型分散剂。
16.优选步骤(3)中所述的酸为草酸、乙酸、盐酸或磷酸中的一种；所述的碱为氨水、氢
氧化钠或氢氧化钾。
17.优选步骤(6)中所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或正己烷。
18.优选步骤(7)中所述的疏水改性剂为三甲基氯硅烷、三甲基甲氧基硅烷或六甲基二硅氮烷。
19.优选步骤(4)中的烘箱温度为50～70℃；步骤(6)中的溶剂置换次数为4～6次，每次置换时间为3～6h；步骤(7)中的改性时间为1～24h。
20.优选步骤(8)中所述的干燥为二氧化碳超临界干燥、冷冻干燥或真空干燥。
21.本发明制备得到的氧化硅气凝胶的密度为0.10～0.20g/cm3，比表面积为315～350m2/g，孔径分布为10～100nm，疏水角为120
°
～135
°
。
22.有益效果：
23.本发明选用优质价廉的碱性硅溶胶为原料，制备成本低且工艺简单。硅溶胶与水混合后无毒、无味，对人体和环境无影响。在硅溶胶水溶液中加入功能粉体，提高氧化硅的耐高温性能和结构稳定性。
24.本发明在制备过程中通过酸碱两步法调节溶液的ph，控制凝胶时间，反应条件方便可控。
25.本发明制得的氧化硅气凝胶，经测试表征，其密度0.10～0.20g/cm3，比表面积315～350m2/g，孔径分布10～100nm，疏水角120
°
～135
°
。
附图说明
26.图1为实例1制得的氧化硅气凝胶样品sem。
具体实施方式
27.实例1
28.将固含量为30％，ph为9.5的碱性硅溶胶(上海源叶生物科技有限公司生产)、水按1:1比例混合搅拌均匀，先加入总体积分数为10％的碳化硅粉体，再加入总体积分数0.25％的硅烷偶联剂kh550超声分散均匀，先加入草酸，调节溶液ph为2，搅拌30min再加入氨水调节溶液的ph为6混合搅拌均匀，将溶液放入50℃的烘箱，凝胶时间为1h。待凝胶后50℃老化6h,再加入乙醇溶液进行溶剂置换4次，每次3h。将溶剂置换后的湿凝胶用三甲基甲氧基硅烷进行疏水改性，改性时间6h，疏水改性完成后进行二氧化碳超临界干燥，即可得到疏水氧化硅气凝胶。氧化硅气凝胶材料密度为0.12g/cm3，比表面积为350m2/g，孔径分布10～100nm，疏水角为135
°
；所制得的氧化硅气凝胶样品sem如图1所示。
29.实例2
30.将固含量为25％，ph为9的碱性硅溶胶(上海源叶生物科技有限公司)、水按0.8:1比例混合搅拌均匀，先加入总体积分数1％的氧化铝粉体，再加入总体积分数0.1％的羧甲基纤维素超声分散均匀，先加入乙酸，调节溶液ph为2，搅拌50min再加入氢氧化钠调节溶液的ph为5混合搅拌均匀，将溶液放入70℃的烘箱，凝胶时间为2.1h。待凝胶后70℃老化12h,再加入甲醇溶液进行溶剂置换6次，每次3h。将溶剂置换后的湿凝胶用三甲基氯硅烷进行疏水改性，改性时间12h，疏水改性完成后进行冷冻干燥，即可得到疏水氧化硅气凝胶。氧化硅气凝胶材料密度为0.19g/cm3，比表面积为335m2/g，孔径分布20～80nm，疏水角为122
°
。
31.实例3
32.将固含量为30％，ph为10.5的碱性硅溶胶(上海源叶生物科技有限公司)、水按0.85:1比例混合搅拌均匀，先加入总体积分数20％的氧化钼粉体，再加入总体积分数0.5％的焦磷酸钠超声分散均匀，先加入盐酸，调节溶液ph为2，搅拌120min再加入氢氧化钾调节溶液的ph为7混合搅拌均匀，将溶液放入50℃的烘箱，凝胶时间为3.8h。待凝胶后20℃老化12h,再加入丙酮溶液进行溶剂置换5次，每次4h。将溶剂置换后的湿凝胶用六甲基二硅氮烷进行疏水改性，改性时间8h，疏水改性完成后进行真空干燥，即可得到疏水氧化硅气凝胶。氧化硅气凝胶材料密度为0.20g/cm3，比表面积为315m2/g，孔径分布25～85nm，疏水角为121
°
。
33.实例4
34.将固含量为30％，ph为9.5的碱性硅溶胶(上海源叶生物科技有限公司)、水按1:1比例混合搅拌均匀，先加入总体积分数15％的氮化硼粉体，再加入总体积分数5％的焦磷酸钠超声分散均匀，先加入乙酸，调节溶液ph为2，搅拌80min再加入氨水调节溶液的ph为6混合搅拌均匀，将溶液放入50℃的烘箱，凝胶时间为5.3h。待凝胶后50℃老化6h,再加入乙醇溶液进行溶剂置换，置换6次，每次6h。将溶剂置换后的湿凝胶用三甲基甲氧基硅烷进行疏水改性，改性时间24h，疏水改性完成后进行二氧化碳超临界干燥，即可得到疏水氧化硅气凝胶。氧化硅气凝胶材料密度为0.17g/cm3，比表面积为343m2/g，孔径分布20～80nm，疏水角为130
°
。
35.实例5
36.将固含量为25％，ph为10.5碱性硅溶胶(上海源叶生物科技有限公司)、水按1.5:1比例混合搅拌均匀，先加入总体积分数10％的炭黑粉体，再加入总体积分数0.25％的丙烯酸酯高分子型分散剂超声分散均匀，先加入磷酸，调节溶液ph为2，搅拌80min再加入氨水调节溶液的ph为6.5混合搅拌均匀，将溶液放入60℃的烘箱，凝胶时间为5.5h。待凝胶后50℃下老化6h,再加入正己烷溶液进行溶剂置换6次，每次3h。将溶剂置换后的湿凝胶用三甲基甲氧基硅烷进行疏水改性，改性时间1h，疏水改性完成后进行二氧化碳超临界干燥，即可得到疏水氧化硅气凝胶。氧化硅气凝其密度为0.13g/cm3，比表面积为345m2/g，孔径分布15～85nm，疏水角为125
°
。