专利名称：一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法
一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法技术领域
本发明属于化工新材料领域，具体涉及一种低密度氧化硅气凝胶的快速制备技术。所得的气凝胶材料可广泛应用于航空、航天、工业节能、建筑节能、以及隔声、减震、防爆等各种领域。
背景技术：
气凝胶是目前世界上已知最轻的固体，其孔隙率可高达99.8%，孔洞尺寸在1 IOOnm,比表面积可高达1000m2/g，体积密度可在3 500kg/m3之间变化，是一种高技术、绿色环保、高效的节能保温材料，其热导率常温常压下最低可达0. 015ff/(m · K))，是目前所知固态材料中热导率最低的一种。由于气凝胶的独特结构和性能，该材料可望在航空、航天、 工业节能、建筑节能、以及隔声、减震、防爆、环保、储能等广泛的领域有巨大的应用前景。 2007年8月19日，英国《星期日泰晤士报》发表文章称，“气凝胶将是改变世界的材料”。
氧化硅气凝胶是最早被研究、也是目前最具应用前景的气凝胶材料。其制备通常以有机硅为原料(如正硅酸乙酯、硅酸甲酯等)，并经超临界工艺(在高温高压下进行)，将凝胶中的溶剂替换为空气。有机硅源成本高昂，超临界干燥工艺操作复杂、危险性大，因此很难实现大规模生产和商业化。
因此，采用工业硅溶胶、水玻璃等原料为硅源，经常压干燥工艺来制备二氧化硅气凝胶，是当前该领域发展的重要方向。
在王涛申请的中国专利(申请号200510011378. 2)中介绍介绍了以稻壳灰为硅源，通过水洗和有机溶剂置换制备(非疏水)氧化硅气凝胶的方法。
倪星元等(中国专利，申请号200810042222. 4)公开了采用稻壳灰基氧化硅凝胶为原料，通过溶剂置换、表面修饰和常压干燥技术制备疏水型氧化硅气凝胶的方法。
曹旭光等(中国专利，申请号200910042159. 5)公开了采用有机硅氧烷为原料，经微波辐照、溶剂置换和常压干燥制备高比表面积气凝胶的方法。
李文翠等(中国专利，申请号201010205734. 5)公开了采用无机硅源或有机硅源为原料，经陈化、溶剂置换、表面修饰和常压干燥等过程制备疏水气凝胶的方法，等等。
尽管专利和文献中已有若干关于常压干燥方法制备氧化硅气凝胶的研究报道，但目前已公开的方法均存在制备周期长(基本为2-20天)，耗费溶剂及有机硅试剂量大、所得气凝胶密度偏高、生产成本较高等缺陷，难以满足规模化生产的要求。
综上所述，本领域缺乏一种生产成本低、生产时间短、可规模化生产、并且获得气凝胶密度可降低的气凝胶快速制备方法。
因此，本领域迫切需要开发一种生产成本低、生产时间短、可规模化生产、并且获得气凝胶密度可降低的气凝胶快速制备方法。发明内容
本发明的目的在于获得一种生产成本低、生产时间短、可规模化生产、并且获得气凝胶密度可降低的气凝胶快速制备方法。
本发明提供一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法，所述方法包括如下步骤
提供SiOpjC凝胶；
对所述S^2水凝胶进行微波辐照，使得其达到完全胶凝；
依次用极性溶剂、和非极性溶剂对所得到的完全胶凝的水凝胶进行溶剂置换；得到低密度氧化硅气凝胶。
采用本方法制备的SiA气凝胶的密度可达0. 03-0. 2g/cm3,比表面积为 500-800m2/g，具有显著的疏水特征。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述微波辐照过程中，每毫升混合物接受的微波辐照功率为0. 1-1000W，优选0. 5-100W ；辐照时间为1秒-10小时，优选30秒-30分钟。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述极性溶剂采用醇类溶剂，优选为能与水互溶的一元或多元醇，更优选甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、或丙三醇。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述非极性溶剂的表面张力小于30mN/m，优选丙酮、环己烷、正己烷、η-庚烷或其组合。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述溶剂置换的处理方式为浸泡、回流或冲洗的一种或几种，处理时间分别为0. I-M小时(优选0. 5-4小时)，处理温度为室温-99 °C (优选 40-85 °C )。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述溶剂置换过程采用强化溶剂交换工艺，即在极性溶剂或非极性溶剂中加入可大量吸附水或醇的干燥剂。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述干燥剂选自硅胶、分子筛、生石灰、蒙脱石、 凹凸棒石或其组合。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述干燥剂与完全胶凝的水凝胶的体积比为 0.1-10 1。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述S^2水凝胶的原料通过如下方式制备
(1)以离子交换树脂或酸对硅酸钠水溶液进行酸化处理，使其pH值为2-3范围；
(2)加入适量碱催化剂，以获得所述SW2水凝胶。
在本发明的一个具体实施方式
中，所得到的低密度氧化硅气凝胶进行如下的后处理
采用硅烷偶联剂对所述低密度氧化硅气凝胶进行表面改性；
所得到的表面改性的低密度氧化硅气凝胶可任选地进行常压干燥，获得疏水型的低密度气凝胶产品。
具体实施方式
本发明针对上述难题，开发出一种使用廉价水玻璃为硅源的气凝胶快速制备方法，利用微波辐照促进胶凝，利用强化溶剂置换技术加速溶剂交换，有效缩短了生产周期， 并进而通过常压干燥制备出密度低于0. lg/cm3的疏水性气凝胶产品。在此基础上完成了本发明。
本发明中，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。
以下对本发明的各个方面进行详述
本发明的发明构思在于
采用成本低廉的水玻璃、工业硅溶胶、或硅酸钠水溶液为硅源，替代价格高昂的有机硅源，同时采用微波辐照技术促进凝胶胶凝的过程，采用强化溶剂交换技术提高溶剂置换效率，从而实现在较短时间内生产高质量、低密度氧化硅气凝胶的目的，并有效降低其生产成本。
本发明的技术手段包括
以不同模数的水玻璃或硅酸钠溶液为原材料，以去离子水将其稀释至质量浓度为 1-30% (优选3-10%)的硅酸钠溶液，然后用强酸型离子交换树脂或稀酸对其进行离子置换，使其PH值降低至2-3范围；在滤液中加入适量碱催化剂，使其pH值为4-12 (优选5_9)， 经一段时间后胶凝。将胶凝后的氧化硅凝胶置于微波发生器中进行微波辐照，然后分别以醇和有机溶剂对其进行溶剂置换，得到有机凝胶；对该有机凝胶进行常压干燥，可到非疏水型氧化硅气凝胶；如对该有机凝胶进一步用有机硅试剂进行表面改性，经常压干燥，即可得到具有超疏水性质的氧化硅气凝胶。
更具体地，本发明公开了一种以廉价水玻璃为硅源，利用微波辐照和强化溶剂交换技术，在常压条件下快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法。其步骤为(1)以离子交换树脂或酸对硅酸钠水溶液进行酸化处理，使其pH值为2-3范围；( 加入适量碱催化剂，以获得SiOyK凝胶；C3)对水凝胶进行微波辐照，促使其完全胶凝；(4)依次用醇、有机溶剂对水凝胶进行溶剂置换；( 采用硅烷偶联剂对湿凝胶进行表面改性；(6)常压干燥，获得最终气凝胶。
本发明的方法特点在于，(1)在SiO2溶胶胶凝后对其进行微波辐照，促进其完全胶凝，从而避免漫长的凝胶陈化过程；( 采用强化溶剂交换技术，从而显著减少溶剂交换时间，并节省有机硅试剂用量。采用本方法制备的SiA气凝胶的密度可达o. 03-0. 2g/cm3,比表面积为500-800m2/g，具有显著的疏水特征。由于使用廉价水玻璃为原料，且采用了强化溶剂交换技术，本发明可在1天内制备出低密度、高比表面积的疏水氧化硅气凝胶，适合规模化生产和应用。
以下对本发明的各个方面进行详述
反应方法概述
本发明的一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法，所述方法包括如下步骤
提供SW2水凝胶；
对所述S^2水凝胶进行微波辐照，使得其达到完全胶凝；
依次用醇类溶剂、和非极性溶剂对所得到的完全胶凝的水凝胶进行溶剂置换；得到低密度氧化硅气凝胶。
所述的微波辐照步骤和溶剂置换步骤可以快速制得低密度氧化硅气凝胶。采用本方法制备的SiO2气凝胶的密度可达0.03-0. 2g/cm3。在具体实施方式
中，SiO2气凝胶的密度可达0. 03-0. 2g/cm3,比表面积为500-800m2/g，具有显著的疏水特征。
(一 )氧化硅水凝胶的制备
选取不同模数的工业水玻璃或硅酸钠水溶液为硅源，将其与适量去离子水(或自来水)混合，得到质量浓度为1-30% (优选3-10% )的硅酸钠水溶液(A)。其中水玻璃或硅酸钠溶液的模数范围为1. 0-3. 5。
将强酸型离子交换树脂与稀释的硅酸钠溶液㈧混合，在室温_70°C条件下搅拌1 分钟-12小时，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。或者，用稀酸⑶将A的pH值调整至2-3， 同样得到(C)。其中强酸型离子交换树脂可为苯乙烯系阳离子交换树脂、其改性树脂、或任何其他类阳离子交换树脂；稀酸(B)可为浓度在0. 001-12mol/L的盐酸、硫酸、硝酸、醋酸或任何无机或有机酸。树脂与硅酸钠溶液(A)的体积比为1 10 1(优选1-3 1)。
过滤溶液(C)中的树脂得到清液，在其中加入适量碱催化剂(D)，使溶液的pH值至4-12范围(优选5-9)，在室温-99°C条件静置1分钟-12小时，得到硅酸水凝胶(E)。碱催化剂(D)为任何能在水溶液中释放出OH—的无机或有机试剂，包括但不限于氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺等等。
本发明的氧化硅水凝胶还可以采用本领域的各种常规方法进行制备，或是通过市售获得，均可以通过后续的步骤快速获得低密度的氧化硅气凝胶。
( 二)水凝胶的微波辐照
将硅酸水凝胶(E)置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为0. I-IOOOK优选0. 5-100W)，辐照时间为1秒-10小时(优选30秒-30分钟)。 经微波辐照后的硅酸水凝胶记为(F)。
本发明的突出特点在于，在氧化硅水凝胶形成后，采用微波辐照技术对水凝胶进行处理。微波加热是一种针对极性分子的快速、有效、均有勻的加热方式，能够有效促进氧化硅凝胶的胶凝过程，在很短时间内增强氧化硅骨架的强度，从而有效抵抗溶剂蒸发引起的表面张力，防止纳米孔道坍塌。同时，微波辐照过程可使凝胶孔道内的水分部分蒸发，从而在一定程度上减小溶剂置换的时间，而水分蒸发形成的联通孔道将有助于提高后续步骤中的溶剂交换效率。
(三)溶剂置换
对水凝胶(F)进行溶剂置换处理，依次用醇(G)和低表面张力有机溶剂(H)对(F) 进行处理。
处理方式可为浸泡、回流或冲洗的一种或几种，处理时间分别为0. 1-24小时(优选0. 5-4小时)，处理温度为室温_99°C (优选40-85°C )。
其中醇(G)为能与水互溶的一元或多元醇，包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙三醇等等。
有机溶剂(H)为表面张力小于30mN/m的非极性溶剂，包括但不限于丙酮、环己烷、 正己烷、η-庚烷等等。经溶剂置换后得到的有机凝胶记为凝胶(I)。
溶剂置换过程采用强化溶剂交换工艺，即在醇溶液(G)或有机溶剂(H)中加入可大量吸附水或醇的干燥剂(N)，如硅胶、分子筛、生石灰、蒙脱石、凹凸棒石等等。干燥剂(N) 与湿凝胶(F)的体积比为0.1-10 1。
如对有机凝胶(I)直接进行第5步的常压干燥，则得亲水性氧化硅气凝胶(M)。
本发明的突出特点还在于，在溶剂置换及表面改性、修饰过程中可采用“强化溶剂交换技术”，即使用能大量吸收水/醇的干燥剂去除从湿凝胶中排出的水或醇，从而保证溶剂扩散的最大浓度梯度，使凝胶纳米孔道中的水或醇溶剂能尽可能快的排出，节省溶剂置换时间，并有效减小溶剂置换次数。因此，在本发明的典型情况下，醇-水溶剂交换及有机溶剂-醇交换均只需1-2次(传统方法基本为3次)，每次持续时间也只需1-4小时(传统方法基本为12-24小时)。
(四)表面改性
本发明的硅烷偶联剂的用量可控制在比较低的水平。例如，采用有机硅烷偶联剂 (J)对有机凝胶(I)进行表面改性，硅烷偶联剂(J)、有机凝胶(I)、溶剂(H)的体积比为 0.01-10 1 1-10。
在一个具体实施方式
中，采用有机硅烷偶联剂(J)对有机凝胶(I)进行表面改性， 硅烷偶联剂(J)、有机凝胶(I)、溶剂(H)的体积比为0.01-10 1 1-10，处理温度为室温_99°C (优选40-85°C )，处理时间为0. 1-24小时(优选0. 5-4小时)，处理方式可为浸泡、回流或冲洗的一种或几种。
硅烷偶联剂(J)的通式为RSiX3，式中R为有机基团，如乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基等，X为某些易水解的基团，如氯、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，因此，硅烷偶联剂(J)包括但不限于三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷、异丙氧基三甲基硅烷、六甲基二硅醚等等。
经表面改性后的凝胶用有机溶剂(H)进行清洗1-10次，处理温度为室温-99°C (优选40-85°C )，处理时间为0. 1-24小时(优选0. 5-4小时)，处理方式可为浸泡、回流或冲洗的一种或几种。所得的有机凝胶记为(K)。
表面改性及随后的有机溶剂清洗过程可采用与步骤(三)相似的强化溶剂交换工艺。
本发明的特点还在于，在有机凝胶(I)的表面改性过程中，硅烷偶联剂的用量可控制在比较低的水平，而得到的气凝胶的疏水效果不变。这对于有效降低气凝胶产品的成本具有重要意义。
(五)常压干燥
在常压下对有机凝胶⑷进行干燥，去除孔内的有机溶剂，干燥温度为室温_250°C (优选60-200°C )，处理时间为0. 5-24小时(优选1_4小时)，加热方式可为烘箱加热、红外灯加热或其他加热方式。经干燥后所得凝胶即为最终产物疏水型氧化硅气凝胶(L)。
本发明的特点还在于，采用上述方法制备得到的疏水或非疏水型的氧化硅气凝胶均具有比较低的堆积密度(0. 03-0. 2g/cm3)，尤其是适合制备密度在0. lg/cm3以下的氧化硅气凝胶，而低密度的气凝胶往往具有更低的热导率和更好的绝热、绝声效果，实用性更佳。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
上述合成方法只是本发明部分化合物的合成路线，根据上述例子，本领域技术人员可以通过调整不同的方法来合成本发明的其他化合物，或者，本领域技术人员根据现有公知技术可以合成本发明的化合物。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
选取模数为3. 0的工业水玻璃为硅源2毫升，与8毫升去离子水混合，得到质量浓度为5%的硅酸钠水溶液(A)。将体积比为1 1的强酸型离子交换树脂与硅酸钠溶液(A) 混合，在室温条件下搅拌3-5分钟，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。过滤(C)得清液，在其中加入适量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范围，室温条件静置10分钟得硅酸水凝胶(E)。
将硅酸水凝胶(E)置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为20W，辐照时间为6分钟，得硅酸水凝胶(F)。
依次用乙醇(G)和环己烷(H)对水凝胶(F)在65°C下进行浸泡，时间分别为2小时。同时在(G)或(H)中加入与湿凝胶同体积的4A分子筛。得到有机凝胶(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)对有机凝胶(I)进行表面改性，三甲基氯硅烷(J)、有机凝胶(I)、溶剂(H)的体积比为0.1 1 3，处理温度为65°C，处理时间为2小时，处理方式可为浸泡。以环己烷浸泡清洗所得改性凝胶1次，温度为65°C，处理时间为2小时，得到有机凝胶⑷。
将有机凝胶(K)置于200°C烘箱中烘干2小时，即可得疏水型氧化硅气凝胶。经测试，其密度为0. 037g/cm3,比表面积为1177m2/g，孔径分布峰值为11纳米。
实施例2
选取模数为3. 0的工业水玻璃为硅源20毫升，与80毫升去离子水混合，得到质量浓度为5%的硅酸钠水溶液(A)。将体积比为1 1的强酸型离子交换树脂与硅酸钠溶液 (A)混合，在室温条件下搅拌3-5分钟，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。过滤(C)得清液，在其中加入适量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范围，室温条件静置10分钟得硅酸水凝胶 ㈤。
将硅酸水凝胶(E)置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为20W，辐照时间为6分钟，得硅酸水凝胶(F)。
依次用乙醇(G)和环己烷(H)对水凝胶(F)在65°C下进行浸泡，时间分别为8小时。同时在(G)或(H)中加入与湿凝胶同体积的4A分子筛。得到有机凝胶(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)对有机凝胶(I)进行表面改性，硅烷偶联剂(J)、有机凝胶 (I)、溶剂(H)的体积比为0.3 1 3，处理温度为65°C，处理时间为3小时，处理方式可为回流。以环己烷浸泡清洗所得改性凝胶1次，温度为65°C，处理时间为2小时，得到有机凝胶⑷。
将有机凝胶(K)置于200°C烘箱中烘干1小时，即可得疏水型氧化硅气凝胶。经测试，其密度为0. 047g/cm3。
实施例3
选取模数为3. 0的工业水玻璃为硅源2毫升，与8毫升去离子水混合，得到质量浓度为5%的硅酸钠水溶液(A)。将体积比为1 1的强酸型离子交换树脂与硅酸钠溶液(A) 混合，在室温条件下搅拌3-5分钟，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。过滤(C)得清液，在其中加入适量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范围，室温条件静置5分钟得硅酸水凝胶(E)。
将硅酸水凝胶(E)置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为20W，辐照时间为6分钟，得硅酸水凝胶(F)。
依次用乙醇(G)和环己烷(H)对水凝胶(F)在65°C下进行浸泡，时间分别为2小时。同时在(G)或(H)中加入与湿凝胶同体积的4A分子筛。得到有机凝胶(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)对有机凝胶(I)进行表面改性，三甲基氯硅烷(J)、有机凝胶(I)、溶剂(H)的体积比为0.1 1 3，处理温度为65°C，处理时间为4小时，处理方式可为浸泡。以环己烷浸泡清洗所得改性凝胶1次，温度为65°C，处理时间为3小时，得到有机凝胶⑷。
将有机凝胶(K)置于200°C烘箱中烘干3小时，即可得疏水型氧化硅气凝胶。经测试，其密度为0. 084g/cm3。
实施例4
所有原料及工艺均与实施例3相同，但将微波辐照时间改为10分钟。所得气凝胶的密度为0. 127g/cm3。
实施例5
取模数为3. 0的工业水玻璃为硅源1. 4毫升，与8. 6毫升去离子水混合，得到质量浓度为3. 5%的硅酸钠水溶液(A)。将体积比为1 1的强酸型离子交换树脂与硅酸钠溶液(A)混合，在室温条件下搅拌3-5分钟，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。过滤(C)得清液，在其中加入适量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范围。
将硅酸水溶胶置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为20W，辐照时间为7分钟，得硅酸水凝胶(F)。
其他工艺过程均与实施例3相同。所得气凝胶的密度为0. 1035g/cm3。
实施例6:
取模数为3. 0的工业水玻璃为硅源20毫升，与80毫升去离子水混合，得到质量浓度为5%的硅酸钠水溶液(A)。将体积比为1 1的强酸型离子交换树脂与硅酸钠溶液(A) 混合，在室温条件下搅拌3-5分钟，得到pH为2-3的硅酸溶液(C)。过滤(C)得清液，在其中加入适量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范围，室温条件静置10分钟得硅酸水凝胶(E)。
将硅酸水凝胶(E)置于微波反应器中进行微波辐照，每毫升混合物接受的微波辐照功率为20W，辐照时间为6分钟，得硅酸水凝胶(F)。
依次用乙醇(G)和环己烷(H)对水凝胶(F)在65°C下进行溶剂交换，各重复2次， 每次持续时间分别为4小时，得有机凝胶(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)对有机凝胶(I)进行表面改性，硅烷偶联剂(J)、有机凝胶 (I)、溶剂(H)的体积比为0. 1 1 3，处理温度为65°C，处理时间为4小时，处理方式可为浸泡。以环己烷浸泡清洗所得改性凝胶1次，温度为65°C，处理时间为2小时，得到有机凝胶⑷。
将有机凝胶(K)置于200°C烘箱中烘干1小时，得到疏水型氧化硅气凝胶。经测试，其密度为0. 03g/cm3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 提供SW2水凝胶；对所述S^2水凝胶进行微波辐照，使得其达到完全胶凝；依次用极性溶剂、和非极性溶剂对所得到的完全胶凝的水凝胶进行溶剂置换；得到低密度氧化硅气凝胶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波辐照过程中，每毫升混合物接受的微波辐照功率为0. 1-1000W,优选0. 5-100W ；辐照时间为1秒-10小时，优选30秒-30分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极性溶剂采用醇类溶剂，优选为能与水互溶的一元或多元醇，更优选甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、或丙三醇。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非极性溶剂的表面张力小于30mN/m，优选丙酮、环己烷、正己烷、η-庚烷或其组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂置换的处理方式为浸泡、回流或冲洗的一种或几种，处理时间分别为0. 1-24小时(优选0. 5-4小时)，处理温度为室温-99 °C (优选 40-85 °C )。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂置换过程采用强化溶剂交换工艺， 即在极性溶剂或非极性溶剂中加入可大量吸附水或醇的干燥剂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥剂选自硅胶、分子筛、生石灰、蒙脱石、凹凸棒石或其组合。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥剂与完全胶凝的水凝胶的体积比为 0. 1-10 1。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiO2水凝胶的原料通过如下方式制备(1)以离子交换树脂或酸对硅酸钠水溶液进行酸化处理，使其PH值为2-3范围；(2)加入适量碱催化剂，以获得所述S^2水凝胶。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所得到的低密度氧化硅气凝胶进行如下的后处理采用硅烷偶联剂对所述低密度氧化硅气凝胶进行表面改性；所得到的表面改性的低密度氧化硅气凝胶可任选地进行常压干燥，获得疏水型的低密度气凝胶产品。
全文摘要
本发明提供一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法，所述方法包括如下步骤提供SiO2水凝胶；对所述SiO2水凝胶进行微波辐照，使得其达到完全胶凝；依次用极性溶剂、和非极性溶剂对所得到的完全胶凝的水凝胶进行溶剂置换；得到低密度氧化硅气凝胶。本发明提供了一种生产成本低、生产时间短、可规模化生产、并且获得气凝胶密度可降低的气凝胶快速制备方法。
文档编号C01B33/14GK102557052SQ20121005583
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者李效民, 高相东 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所