[发明专利]一种以化学液相沉积制备双硅源体系自疏水气凝胶的方法

说明书

一种以化学液相沉积制备双硅源体系自疏水气凝胶的方法，本发明涉及二氧化硅气凝胶的制备方法。本发明是要解决现有的以含疏水基团的硅源制备的二氧化硅气凝胶透光率差以及易碎或孔隙率、比表面积低的技术问题。本法：一、长链三烷氧基硅烷和正硅酸乙酯作为硅源配置前驱体溶液，加热水解得到水解液；二、向水解液加碱液，静置得到湿凝胶；三、把湿凝胶置于部分亲水化的聚二甲基硅油的乙醇溶液中处理，再老化；四、溶剂置换；五、干燥，得到自疏水气凝胶。本发明的气凝胶的密度为0.15～0.2g/cm³，比表面积300～800m²/g，接触角为156.22°～150°，可见光透过率为70％～90％，可用于隔热保温、污水处理领域。

技术领域

本发明涉及二氧化硅气凝胶的制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶因具有高孔隙率、大比表面积、低密度等特点而在声、光、热、电等领域有很大的应用潜力。传统的二氧化硅气凝胶常采用正硅酸烷酯、水玻璃为硅源，经水解聚合后形成Si-O-Si键交联的凝胶，凝胶经过老化、溶剂交换、改性后经常压或超临界干燥得到气凝胶产品。但该工艺流程长，耗时多，且得到的气凝胶力学性能差，无法实现原位自疏水。而以带有一个不水解饱和烷基的三烷氧基硅烷(R₁-Si-(OR₂)₃)作硅源往往可以得到力学性能较好的气凝胶，目前工艺采用的带有一个饱和烷基的三烷氧基硅烷中的饱和烷基均为短链有机基团，如甲基、乙基。如公开号为CN106745004A的中国专利公开了一种低成本快速制备疏水二氧化硅气凝胶的方法，该方法是将硅源、水和表面活性剂混匀得到前驱体溶液；向前驱体溶液中加入酸催化剂，调节pH水解得到溶胶；再向溶胶中滴加碱催化剂，滴加过程中不断搅拌，调节pH，静置凝胶，老化，常压干燥，得到疏水二氧化硅气凝胶。该方法的硅源为含疏水基团硅源或者是含疏水基团硅源与亲水硅源的混合物。这其中含疏水基团硅源为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷；亲水硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶胶或无机硅源。这种气凝胶的制备过程中利用了甲基或乙基短链有机基团与水、乙醇等溶剂极性相近的特点，使得形成溶胶或凝胶。但是这种方法所得气凝胶的透光率较差。同时气凝胶的常压干燥工艺往往与其凝胶时间有关，短时间快速凝胶可以得到高孔隙率、高比表面积气凝胶，但是所得气凝胶往往容易碎裂且成块性差；凝胶时间过慢，由于初次粒子的过度生长，得到的气凝胶虽然成块性较好，但是孔隙率、比表面积均较低。

发明内容

本发明是要解决现有的以含疏水基团的硅源制备的二氧化硅气凝胶透光率差以及易碎或孔隙率、比表面积低的技术问题，而提供一种以化学液相沉积制备双硅源体系自疏水气凝胶的方法。

本发明的以化学液相沉积制备双硅源体系自疏水气凝胶的方法，按以下步骤进行：

一、按中长链三烷氧基硅烷：正硅酸乙酯的摩尔比为(1.5～2.5):1混合做为硅源，再按硅源：乙醇：去离子水：盐酸：表面活性剂的摩尔比1:(3～7):(2～3):(0.008～0.012):(0.0045～0.0055)配置前驱体溶液，然后将前驱体溶液放在温度为30～90℃水浴中回流水解2～5h，然后自然冷却至室温，得到水解液；

二、按水解液与浓度为1～1.1mol/L氨水的体积比为10：(0.5～1.4)将水解液与氨水混合均匀，在搅拌条件下滴加碱液，滴加完毕后，再搅拌5～30min，转移至密闭容器内于50℃恒温箱中静置至凝胶完全，得到湿凝胶；

三、将聚二甲基硅油(PDMS)置于臭氧中，以波长为240～260nm、光强为90～180uW/cm²的强紫外光照射5～30min，得到部分亲水化的聚二甲基硅油；将部分亲水化的聚二甲基硅油配制成乙醇溶液，再把湿凝胶置于聚二甲基硅油的乙醇溶液中保持2～5h；最后再将湿凝胶置于乙醇水溶液中保持12～24h实现老化；

四、将湿凝胶先以乙醇溶剂置换1～3次，每次6～12h，再以正己烷溶剂置换3～4次，每次6～12h，溶剂置换是在温度为30～60℃的条件下进行的；