一种氧化硅气凝胶及制备方法

本发明涉及氧化硅气凝胶领域，尤其涉及一种氧化硅气凝胶及制备方法。

背景技术：

1、氧化硅气凝胶因其低密度、高比表面积特性表现出优异的隔热和吸附性能。氧化硅气凝胶一般以有机硅烷为前驱体，通过酸碱催化溶胶-凝胶工艺合成。作为隔热用的氧化硅气凝胶需要具备良好的疏水性能以提高其在潮湿环境中的储存和使用寿命，这种疏水性能一般通过在氧化硅气凝胶表面引入甲基功能基团实现；作为吸附用的氧化硅气凝胶需要特定的功能基团实现，如在氧化硅气凝胶表面引入氨基可以赋予其优异的二氧化碳和甲醛吸附性能，这是由于氨基基团可以和二氧化碳或甲醛发生化学反应，但是在潮湿环境会大幅降低氨基功能化氧化硅气凝胶的使用寿命，这是由氨基基团的吸水特性导致的，甲基和氨基功能基团的引入是以牺牲氧化硅气凝胶中固有的羟基为前提的，而羟基基团的存在对于二氧化碳和甲醛吸附用氧化硅气凝胶是有积极意义的。因此，提出一种同时具有上述多种功能基团的氧化硅气凝胶对实现氧化硅气凝胶多功能化，提高氧化硅气凝胶通用性，降低其使用成本具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氧化硅气凝胶及制备方法，以解决上述背景技术提出的技术问题。

2、本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

3、一种氧化硅气凝胶，包括以下组份组成：

4、1～8份四烷氧基硅、1～8份甲基功能化硅烷、0.01～1份氟硅烷、20～60份乙醇、30～60份水、0.2～4份氨基功能化硅烷。

5、优选的，所述四烷氧基硅为正硅酸四乙酯或正硅酸四甲酯中的一种。

6、优选的，所述甲基功能化硅烷为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷中的一种。

7、优选的，所述氟硅烷为1h，1h，2h，2h全氟辛基三乙氧基硅烷或1h，1h，2h，2h全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种。

8、一种氧化硅气凝胶制备方法，包括以下步骤：

9、(1)将1～8份四烷氧基硅、1～8份甲基功能化硅烷、0.01～1份氟硅烷、20～60份乙醇和30～60份水混合后搅拌0.1-180分钟；

10、(2)在步骤(1)得到的溶液中加入0.2～4份氨基功能化硅烷后搅拌0.1～5分钟后静止得到湿凝胶；

11、(3)将步骤(2)得到的湿凝胶用二甲基亚砜进行溶剂置换后进行二氧化碳超临界干燥得到带四种功能基团的氧化硅气凝胶。

12、优选的，所述氧化硅气凝胶的水接触角0～150°，co2气体吸附量3～6mmo l/g，25℃热导率≤0.023w/(m·k)。

13、本发明的有益效果是：

14、1.本发明中的氧化硅气凝胶同时具有羟基(-oh)、氨基(-nh2)、甲基(-ch3)和氟基(-f)四种功能基团，可实现氧化硅气凝胶多功能化，提高氧化硅气凝胶通用性，降低其使用成本。

15、2.本发明中带四种功能基团的氧化硅气凝胶的自催化溶胶-凝胶制备工艺基于氟硅烷和氨基功能化硅烷上的-f(路易斯酸)和-nh2(路易斯碱)对硅烷的催化作用，不需要额外加入酸碱催化剂，该方法安全环保、对设备无腐蚀，工艺简单快捷、适合大规模生产，为氧化硅气凝胶的制备提供了一种新思路和新技术。

技术特征：

1.一种氧化硅气凝胶，其特征在于，包括以下组份组成：

2.根据权利要求1所述的一种氧化硅气凝胶，其特征在于：所述四烷氧基硅为正硅酸四乙酯或正硅酸四甲酯中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种氧化硅气凝胶，其特征在于：所述甲基功能化硅烷为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种氧化硅气凝胶，其特征在于：所述氟硅烷为1h，1h，2h，2h全氟辛基三乙氧基硅烷或1h，1h，2h，2h全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种氧化硅气凝胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种氧化硅气凝胶制备方法，其特征在于：所述氧化硅气凝胶的水接触角0～150°，co2气体吸附量3～6mmol/g，25℃热导率≤0.023w/(m·k)。

技术总结
本发明提供一种氧化硅气凝胶及制备方法，涉及氧化硅气凝胶领域，包括以下组份组成：1～8份四烷氧基硅、1～8份甲基功能化硅烷、0.01～1份氟硅烷、20～60份乙醇、30～60份水、0.2～4份氨基功能化硅烷，所述四烷氧基硅为正硅酸四乙酯或正硅酸四甲酯中的一种，所述甲基功能化硅烷为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷中的一种，所述氟硅烷为1H，1H，2H，2H全氟辛基三乙氧基硅烷或1H，1H，2H，2H全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种，本发明中的氧化硅气凝胶同时具有羟基(‑OH)、氨基(‑NH2)、甲基(‑CH3)和氟基(‑F)四种功能基团，可实现氧化硅气凝胶多功能化，提高氧化硅气凝胶通用性，降低其使用成本。

技术研发人员：王奕羡,刘权,刘致远,孔勇,沈晓冬
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5