1.本发明涉及一种二氧化硅气凝胶改性方法。


背景技术：

2.二氧化硅气凝胶由二氧化硅胶体粒子相互桥连构成，是一种具有三维空间网络结构，纳米级非晶态多孔固体材料。二氧化硅气凝胶因其孔径小(～10nm)、高孔隙率(≥90％)和低导热系数(～0.02w/m
·
k)，被国际视为先进的保温材料。二氧化硅气凝胶还具有无机保温材料的阻燃特性。因此，二氧化硅气凝胶在隔热材料、声阻抗耦合材料、火箭液体推进剂的存储介质、cherenkov探测器、催化剂及催化剂载体、高效隔热材料及制备高效可充电电池等领域具有广阔的应用前景，同时作为吸附剂在废水处理、空气净化和核废弃物处理中也有很好的应用前景。
3.二氧化硅气凝胶的表面上有大量的羟基，容易团聚，导致其分散性差，应用时无法充分发挥其隔热、隔音等性能，阻碍了二氧化硅气凝胶的应用。常用方法是用硅烷偶联剂对二氧化硅气凝胶进行表面改性。硅烷偶联剂是二氧化硅气凝胶的一种常见的改性剂。例如，si69除了能够增加二氧化硅气凝胶表面疏水性，还能够在硫化过程中增加抗硫化返原性，并且使橡胶制品具备良好的热老化性能。si747为长链烷基改性的巯基硅烷(
‑
sh)，由于巯基硅烷一端有长链取代基结构，具有良好的屏蔽效应，使二氧化硅气凝胶表面具有疏水性，能较好地解决二氧化硅气凝胶团聚问题，达到良好的分散。
4.但现有的改性方式为湿法改性。湿法改性操作流程长，溶剂的使用可能产生污染，且需要后处理使得能耗较高，亟待改进。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的湿法改性操作流程长、存在污染、能耗高的缺陷，而提供一种操作简单、无污染、低能耗，且改性效果好，可显著提高产品疏水性、分散性及均匀性的二氧化硅气凝胶改性方法。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
7.本发明提供了一种二氧化硅气凝胶改性方法，其包括以下步骤：将二氧化硅气凝胶在旋振分散的条件下，与雾化的表面改性剂进行热处理，即可。
8.本发明中，所述的表面改性剂为本领域常规的二氧化硅气凝胶表面改性剂，例如si69、si747或tmcs(三甲基氯硅烷)。所述的表面改性剂的用量可按本领域常规，较佳地为二氧化硅气凝胶质量的1
‑
15％，更佳地为2.2
‑
5％。
9.本发明中，所述的雾化的表面改性剂可由下述方法制得：将含表面改性剂的溶液雾化，即得。
10.其中，所述的含表面改性剂的溶液中的溶剂可为本领域常规可溶解表面改性剂且不影响改性反应的溶剂，如甲醇、乙醇、甲苯或丙酮，较佳地为乙醇。所述的溶剂的用量以使得所述表面改性剂可雾化为准，较佳地使所述表面改性剂的浓度≤0.5g/ml。
11.其中，所述的雾化的表面改性剂可通过常规雾化器得到。将所述的含表面改性剂的溶液加入雾化器的速率较佳地为0.5
‑
3ml/min。所述的含表面改性剂的溶液可通过注射泵加入雾化器。将所述的雾化的表面改性剂加入与所述二氧化硅气凝胶接触时，所述的雾化器的喷嘴较佳地距所述二氧化硅气凝胶2
‑
10cm。
12.本发明中，可在加入雾化的表面改性剂完成后，再进行热处理，或者，在加入雾化的表面改性剂的同时进行热处理。
13.本发明中，所述的热处理的温度和时间可按本领域常规白炭黑改性的温度和时间进行选择。所述的热处理的温度较佳地为120
‑
200℃，例如120℃、140℃、160℃、180℃或200℃，所述的热处理的时间较佳地为30
‑
150min，例如30min、60min、90min或120min。
14.本发明的二氧化硅气凝胶改性方法可采用旋振加热雾化一体式反应器。
15.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
16.本发明所用试剂和原料均市售可得。
17.本发明的积极进步效果在于：本发明的二氧化硅气凝胶改性方法操作简单、无污染、低能耗，且改性效果好，可显著提高二氧化硅气凝胶表面的疏水性和分散性，同时实现了优异的改性均匀性。
附图说明
18.图1为实施例1
‑
5使用的旋振加热雾化一体式反应器的剖面图；
19.1、储料槽；2、加热管；3、机体；4、超声波电源；5、底座；6、减震弹簧；7、筛板；8、雾化器。
20.图2为实施例1改性二氧化硅气凝胶表面样品的接触角示意图；
21.图3为实施例2改性二氧化硅气凝胶表面样品的接触角示意图；
22.图4为实施例3改性二氧化硅气凝胶表面样品的接触角示意图；
23.图5为实施例4改性二氧化硅气凝胶表面样品的接触角示意图；
24.图6为实施例5改性二氧化硅气凝胶表面样品的接触角示意图；
25.图7为实施例1
‑
5和未改性二氧化硅气凝胶样品的红外光谱图。
具体实施方式
26.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
27.实施例1
‑
5所用反应器如图1所示，所用二氧化硅气凝胶为市售，其他试剂均为市售产品。
28.实施例1
29.将8g si747(二氧化硅气凝胶质量的5％)加入16ml无水乙醇中，得0.5g/ml的si747的乙醇溶液，以0.8ml/min的速度加入装有160g二氧化硅气凝胶(型号：165gr)的反应器的雾化器中，将雾化器喷嘴离二氧化硅气凝胶的距离调至为2cm，在120℃下旋振加热120min，得到改性二氧化硅气凝胶粉末。
30.实施例2
31.将8g si69(二氧化硅气凝胶质量的2.2％)加入16ml无水乙醇中，得0.5g/ml的si69的乙醇溶液，以1.6ml/min的速度加入装有360g二氧化硅气凝胶(型号：165gr)的反应器的雾化器中，将雾化器喷嘴离二氧化硅气凝胶的距离调至为4cm，在140℃下旋振加热30min，得到改性二氧化硅气凝胶粉末。
32.实施例3
33.将16g si69(二氧化硅气凝胶质量的5％)加入32ml无水乙醇溶液中，得0.5g/ml的si69的乙醇溶液，以2.4ml/min的速度加入装有320g二氧化硅气凝胶(型号：165gr)的反应器的雾化器中，将雾化器喷嘴离二氧化硅气凝胶的距离调至为6cm，在160℃下旋振加热60min，得到改性二氧化硅气凝胶粉末。
34.实施例4
35.将16g si747(二氧化硅气凝胶质量的5％)加入32ml无水乙醇溶液中，得0.5g/ml的si747的乙醇溶液，以2.4ml/min的速度加入装有320g二氧化硅气凝胶(型号：165mp)的反应器的雾化器中，将雾化器喷嘴离二氧化硅气凝胶的距离调至为8cm，在180℃下旋振加热90min，得到改性二氧化硅气凝胶粉末。
36.实施例5
37.将16g si747(二氧化硅气凝胶质量的5％)加入32ml无水乙醇溶液中，得0.5g/ml的si747的乙醇溶液，以3ml/min的速度加入装有320g二氧化硅气凝胶(型号：165mp)的反应器的雾化器中，将雾化器喷嘴离二氧化硅气凝胶的距离调至为10cm，旋振喷雾改性，改性结束后在200℃下旋振加热120min，得到改性二氧化硅气凝胶粉末。
38.效果实施例1
39.如图2
‑
6所示，通过接触角测量仪测试实施例1
‑
5中所得改性二氧化硅气凝胶的接触角，与未改性的二氧化硅气凝胶相比，改性二氧化硅气凝胶的疏水性提高。测试结果如表1所示。
40.表1
41.样品未改性实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5接触角/
°
035.539.949.636.935.6
42.表1结果表明，本发明实施例中改性二氧化硅气凝胶接触角大于未改性的二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶疏水性提高。
43.效果实施例2
44.通过傅里叶变换红外光谱仪测试实施例1
‑
5所得改性二氧化硅气凝胶的表面基团。
45.如图7所示，与未改性二氧化硅气凝胶相比，改性二氧化硅气凝胶表面在2960和2860cm
‑1处存在吸收峰，对应的是
‑
ch2和
‑
ch3的振动峰，表明了表面改性剂化学吸附在二氧化硅气凝胶表面，并且3430cm
‑1处羟基峰相对强度减弱，表明二氧化硅气凝胶疏水性提高。