疏水二氧化硅气凝胶的制备方法_2

文档序号:9620134阅读:来源:国知局
体的实例可W为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基 硅烷、甲基二甲氧基硅烷、乙締基二甲氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、^甲基 二氯硅烷或3-氨基丙基Ξ乙氧基硅烷。
[0048] 所述基于硅氧烷的化合物的具体的实例可W为聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷 或八甲基环四硅氧烷。
[0049] 此外,所述基于硅烷醇的化合物的具体的实例可W为Ξ甲基硅烷醇、Ξ乙基硅烷 醇、Ξ苯基硅烷醇和叔下基二甲基硅烷醇。
[0050] 此外,所述基于娃氮烧的化合物的具体的实例可W为1,2-二乙基二娃氮烧、 1,1,2, 2-四甲基二娃氮烧、1,1,3, 3-四甲基二娃氮烧、六甲基二娃氮烧、1,1,2, 2-四乙基 二娃氮烧或1,2-二异丙基二娃氮烧。
[0051] 例如,所述表面改性剂可W为下面化学式1的基于二娃氮烧的化合物。 阳05引[化学式U
[0053]
[0054]在化学式1中,Ri各自独立地表示氨原子或具有1至8个碳原子的烷基,R2各自 独立地表示氨原子或具有1至8个碳原子的烷基基团,且Ri和R2不同时为氨原子。 阳化5] 由于所述基于烷基二娃氮烧的化合物的一个分子可W与二氧化娃表面的两个亲 水基团(-0H)反应,可能需要大量的基于烷基二娃氮烧的化合物用于在所述水玻璃分散溶 液中包含的二氧化娃的表面改性。然而,由于在分子中的疏水基团,具体而言,烷基的量大, 在表面改性期间提高疏水度的效果是显著的。
[0056]在化学式1的基于二娃氮烧的化合物中,所述表面改性剂可W为包含两个氨原子 和四个具有1至4个碳原子的烷基基团的四烷基二娃氮烧,或包含六个具有1至4个碳原 子的烷基基团的六烷基二娃氮烧。
[0057] 此外,考虑到与二氧化娃的反应性,所述表面改性剂可W为其中一分子的烷基Ξ 烷氧基硅烷可W与3个在水玻璃表面亲水基团(-0H)反应的具有优异反应性的烷基Ξ烧氧 基硅烷(如甲基Ξ甲氧基硅烷)。在运种情况下,所述烷基基团可W为具有1至4个碳原子 的烷基基团,W及所述烷氧基基团可W为具有1至4个碳原子的烷氧基基团。
[0058] 此外,所述表面改性剂可W为水合有机娃化合物。在如上所述使用所述水合有机 娃化合物的情况下,由于与二氧化娃的反应性可能提高,可W更有效地实现表面改性。因 此,在保持良好的疏水度时,可W制备具有显著提高的振实密度和比表面积的疏水二氧化 娃气凝胶。
[0059] 可W根据典型的方法制备并使用,或者可W商业上得到并使用所述有机娃化合物 的水合物。具体而言,在直接制备并使用所述有机娃化合物的水合物的情况下,可W通过W 1:0. 5至1:15的重量比将所述有机娃化合物与水混合,然后揽拌20小时至30小时制备所 述有机娃化合物的水合物。例如,在其中所述有机娃化合物为基于烷基二娃氮烧的化合物 的情况下,可W通过W1:1至1:15的重量比将所述基于烷基二娃氮烧的化合物与水混合, 然后揽拌20小时至30小时制备所述基于烷基二娃氮烧的化合物的水合物。而且,在所述 有机娃化合物为基于烷基Ξ烷氧基硅烷的化合物的情况下,可W通过W1:0. 5至1:2的重 量比将所述基于烷基Ξ烷氧基硅烷的化合物与水混合,然后揽拌20小时至30小时制备所 述基于烷基Ξ烷氧基硅烷的化合物的水合物。
[0060] 在所述表面改性剂被水合的情况下,所述水玻璃溶液可W进一步被在所述表面改 性剂中包含的水稀释。因此,在所述表面改性剂被水合的情况下,水玻璃本身(包含28wt% 至30wt%的二氧化娃)或其中二氧化娃的量被稀释到3wt%至30wt%的水玻璃溶液可W被 用作水玻璃溶液。
[0061] 具体而言,考虑到二氧化娃湿凝胶的表面改性效率和据此提高的疏水性的效果, 所述表面改性剂可W包括选自六甲基二娃氮烧、四甲基二娃氮烧和它们的水合物中的至少 一种,W及例如,可W包括六甲基二娃氮烧。
[0062] 具体而言,可W用于制备疏水二氧化娃湿凝胶的无机酸可W包括选自硝酸、盐酸、 乙酸、硫酸和氨氣酸中的至少一种,W及可W为在运些酸中的硝酸。所述无机酸可W通过与 表面改性剂快速反应而分解所述表面改性剂,而因此,可W促进所述水玻璃溶液与表面改 性剂之间的反应W形成疏水二氧化娃溶胶。此外,所述无机酸可W通过控制抑促进疏水二 氧化娃溶胶的凝胶化。因此,所述无机酸可W同时诱导表面改性和凝胶化W制备疏水二氧 化娃湿凝胶。
[0063] 此外,在所述疏水二氧化娃湿凝胶的制备过程中,在加入所述表面改性剂之前或 之后,或者在加入所述表面改性剂的同时,可W进一步选择性地加入非极性有机溶剂。通过 置换存在于所述制备的疏水二氧化娃湿凝胶的中空部分中的水,所述非极性有机溶剂可W 防止当在所述疏水二氧化娃湿凝胶干燥期间存在于所述疏水二氧化娃湿凝胶的中空部分 中的水蒸发为气相时可能发生的孔收缩和开裂。因此,可W防止在所述疏水二氧化娃湿凝 胶的干燥期间发生的比表面积减小和孔结构的变化。
[0064] 具体而言,所述非极性有机溶剂可W包括选自己烧、庚烧、甲苯和二甲苯中的至少 一种,但是本发明不限于此。例如,所述非极性有机溶剂可w为己烧。 阳0化]接着,根据本发明的实施方式的制备所述疏水二氧化娃气凝胶的步骤2为通过对 在步骤1中制备的疏水二氧化娃湿凝胶进行W索氏提取法提取来制备疏水二氧化娃气凝 胶。
[0066] 在索氏提取期间可W对所述疏水二氧化娃湿凝胶同时进行洗涂并干燥,W及溶剂 置换(如有必要)。
[0067]具体而言,如上所述,关于其中所述疏水二氧化娃湿凝胶的中空部分被非极性有 机溶剂填充的疏水二氧化娃液凝胶,可W通过索氏提取法对疏水二氧化娃液凝胶同时进行 洗涂和干燥。此外,关于其中所述疏水二氧化娃湿凝胶的中空部分被水填充的疏水二氧化 娃水凝胶,在索氏提取期间可W对疏水二氧化娃水凝胶同时进行洗涂和干燥,W及溶剂置 换。
[0068]可W通过使用典型的索氏提取器进行所述索氏提取。
[0069]一般而言,所述索氏提取器为其中提取管设置在溶剂烧瓶上且回流冷凝器与提取 管连接的装置,其中,当将样品放置到提取管中的圆柱形滤纸或滤管(套管)并加热烧瓶中 的溶剂时,所述溶剂蒸发为气相,所述气相溶剂在回流冷凝器中冷凝并填充提取管W溶解 所述样品中的可溶组分,当液体到达虹吸管的顶端时,所述填充的液体通过虹吸管完全返 回至溶剂烧瓶中,而新的溶剂再次填充提取管。当利用新溶剂重复提取,W及提取完成时, 分离烧瓶,且通过蒸发烧瓶中的液体W使不挥发的组分,即,终产物保留在烧瓶中。使用所 述索氏提取器通过包括上述操作的溶剂提取法可W得到具有从其中除去的杂质的干燥产 物。
[0070] 图2为示意地示出用于根据本发明的实施方式的疏水二氧化娃气凝胶的制备中 的索氏提取的索氏提取器的结构的结构图。图2仅为用于描述本发明的一个实例,而本发 明的范围不限于此。在下文中,参照图2将更加详细地描述本发明。
[0071] 如在图2中所示,所述索氏提取器100包括再沸器30、冷凝器40和提取器50,W及可W进一步包括与再沸器30连接W将提取溶剂供给至再沸器30的提取溶剂储存器10, 与冷凝器40连接W保持所述冷凝器40中的冷却水的溫度的冷却循环槽70,和与所述提取 器50连接W从所述提取器50中排出提取溶剂的虹吸管60。此外,所述再沸器30、冷凝器 40和提取器50可W通过管道彼此连接W形成环1 (a),W及所述冷凝器40可W通过管道与 冷却循环槽70连接W形成环2化)。环1 (a)为在提取过程中提取溶剂循环通过的管道,W 及环2(b)为冷却水循环通过的管道。
[0072] 根据本发明的实施方式的索氏提取法可W通过如下步骤进行:
[0073] 步骤A:将疏水二氧化娃湿凝胶供给至提取器50 ;
[0074] 步骤B:通过使在所述再沸器30中包含的提取溶剂通过冷凝器40流至包含疏水 二氧化娃湿凝胶的提取器50中而进行提取;和
[00巧]步骤C:从所述提取器50中排出作为提取结果得到的提取溶剂。
[0076]步骤A为将被所述疏水二氧化娃湿凝胶填充的索氏套管引入到提取器50中并组 装所述提取器50从而除去在所述疏水二氧化娃湿凝胶中的杂质(钢离子、未反应的材料、 副产物、水等)并得到干燥的疏水二氧化娃气凝胶的步骤。如上所述,所述疏水二氧化娃湿 凝胶可W为疏水二氧化娃液凝胶或疏水二氧化娃水凝胶,W及在所述疏水二氧化娃湿凝胶 为疏水二氧化娃水凝胶的情况下,根据本发明的实施方式的索氏提取法可w同时进行洗涂 和干燥,W及溶剂置换。
[0077] 步骤B为通过使在再沸器30中包含的提取溶剂通过冷凝器流入到包含疏水二氧 化娃湿凝胶的提取器50中W进行索氏提取,从而通过将所述提取溶剂注入到提取器50中 来提取杂质的步骤。
[0078]所述提取溶剂在再沸器30中被蒸发W通过管道转移至冷凝器40中,W及所述转 移的提取溶剂通过冷凝器40被液化并通过管道注入到提取器50中W进行提取。一旦完成 提取,从所述提取器50中排出所使用的提取溶剂W使其返回至所述再沸器30中。也就是 说,当W再沸器30〉〉冷凝器40〉〉提取器50〉〉再沸器30的次序沿着环1 (a)循环时,所述 提取溶剂可W提取在疏水二氧化娃湿凝胶中的杂质。具体而言,由于虹吸管60,当液化的提 取溶剂填充提取器50的高度达到虹吸管60的顶端时,在所述提取器50中的所有的提取溶 剂通过重力作用自动转移至所述再沸器30中,当重复所述索氏提取过程时,可W容易地进 行所述杂质的提取。
[0079]在索氏提取期间,所述再沸器30的溫度可W是在25°C至40°C的范围内,W及所述 冷凝器40的溫度可W是在-20°C至10°C的范围内。此外,所述索氏提取可W在5己至70 己的压力下进行。在运种情况下,所述压力可W根据使用的提取溶剂而变化。所述索氏提 取可W在上述条件下进行1小时至10小时,但是本发明不限于此。
[0080] 作为在所述索氏提取期间可使用的提取溶剂,可W使用任意的提取溶剂,只要其 在再沸器中容易地蒸发,并且在冷凝器中容易地液化即可。具体而言,可W使用在包括20°C 至40°C的溫度和0. 5atm至1. 5atm的压力下的条件下W气相存在的化合物
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