一种硅气凝胶材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工材料领域，尤其涉及一种硅气凝胶材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。其中，最常见的气凝胶为硅气凝胶。
[0003]硅气凝胶，又称S12气凝胶，是一种由纳米S12粒子聚集构成的固态非晶材料。硅气凝胶的孔隙率高达80?90%，密度低至3kg/m3，比表面积高达1200m2/g，是典型的纳米多孔材料。
[0004]硅气凝胶具有多种优良的性质:1)优良的隔热性，硅气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到0.013?0.016W/ (m.K)，比相应的无机绝缘材料低2?3个数量级；2)良好的隔音性，硅气凝胶的声阻抗可变范围为103?107kg/m2.s，具有低音速特性；3)选择透光性，硅气凝胶的折射率接近1，且对红外线和可见光的煙灭系数之比达100以上，能够有效地透射太阳光中的可见光，同时阻隔红外线。
[0005]虽然硅气凝胶具有以上的优异性能，但由于现有技术制备得到的硅气凝胶材料机械强度较低，使其难以得到广泛应用。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅气凝胶材料的制备方法，采用本方法制备得到的硅气凝胶材料的机械强度高。
[0007]本发明提供了一种硅气凝胶材料的制备方法，包括:
[0008]a)、硅酸酯、水和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶；
[0009]b)、所述溶胶在碱性条件下进行缩聚反应，得到湿凝胶材料；
[0010]c)、所述湿凝胶材料在超临界流体萃取装置中进行干燥，得到硅气凝胶材料；
[0011]所述超临界流体萃取装置包括卧式超临界流体萃取釜；所述卧式超临界流体萃取藎，包括:
[0012]壳体，所述壳体底部设置有进气口，所述壳体顶部设置有出气口 ；
[0013]设置在壳体内腔的若干个物料架层；
[0014]和设置在进气口与物料架层之间的布气装置。
[0015]优选的，所述布气装置包括:与壳体内腔轴线平行的进气管；所述进气管与进气口相连通；所述进气管上设置有若干进气位。
[0016]优选的，所述进气位上设置有若干支管，若干所述支管在同一平面内，若干所述支管形成的平面垂直于进气管。
[0017]优选的，所述若干进气位在进气管上沿进气管长度方向均匀分布。
[0018]优选的，所述物料架层包括若干个物料架；相邻物料架层中，上层中物料架在竖直方向上位于下层相邻物料架之间。
[0019]优选的，所述步骤a)为:
[0020]硅酸酯、水、助剂和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶；
[0021]所述助剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠和甘胆酸钠中的一种或多种。
[0022]优选的，所述硅酸酯和助剂的质量比为I?10:1?2。
[0023]优选的，所述步骤b)为:
[0024]所述溶胶在碱性条件下浸入纤维骨架材料中进行缩聚反应，得到湿凝胶材料。
[0025]优选的，所述湿凝胶材料进行干燥之前，先经过憎水处理。
[0026]优选的，所述湿凝胶材料经过憎水处理之前，先进行溶剂替换。
[0027]与现有技术相比，本发明提供了一种硅气凝胶材料的制备方法，包括:a)、硅酸酯、水和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶山)、所述溶胶在碱性条件下进行缩聚反应，得到湿凝胶材料；c)、所述湿凝胶材料在超临界流体萃取装置中进行干燥，得到硅气凝胶材料；所述超临界流体萃取装置包括卧式超临界流体萃取釜；所述卧式超临界流体萃取釜，包括:壳体，所述壳体底部设置有进气口，所述壳体顶部设置有出气口 ；设置在壳体内腔的若干个物料架层；和设置在进气口与物料架层之间的布气装置。本发明在制备硅气凝胶材料的过程中采用超临界流体萃取装置对湿凝胶材料进行干燥，由于本发明采用的超临界流体萃取装置包括设置有布气装置的卧式超临界流体萃取釜，保证了干燥过程中超临界流体在萃取釜中的均匀分布，避免了由于超临界流体分布不均所引起的凝胶结构坍塌，从而提高了硅气凝胶材料的机械强度。实验结果表明，采用本发明提供的方法制备得到硅气凝胶材料的抗压强度不低于300Kpa。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明提供的萃取釜的整体结构示意图；
[0030]图2为本发明提供的萃取釜沿其轴截面的剖视图；
[0031]图3为本发明提供的萃取釜布气装置设置方式示意图；
[0032]图4为本发明提供的萃取釜布气装置局部放大结构示意图；
[0033]图5为本发明提供的萃取釜进气位上设置的支管的结构示意图；
[0034]图6为本发明提供的萃取釜的局部放大结构示意图；
[0035]图7为本发明提供的超临界萃取装置整体结构示意图；
[0036]图8为本发明实施例6提供的硅气凝胶材料的形貌图；
[0037]图9为本发明实施例7提供的硅气凝胶材料的形貌图；
[0038]图10为本发明实施例7提供的硅气凝胶材料的透射电镜图；
[0039]图11为本发明实施例8提供的硅气凝胶材料的形貌图。
【具体实施方式】
[0040]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]本发明提供了一种硅气凝胶材料的制备方法，包括:
[0042]a)、硅酸酯、水和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶；
[0043]b)、所述溶胶在碱性条件下进行缩聚反应，得到湿凝胶材料；
[0044]c)、所述湿凝胶材料在超临界流体萃取装置中进行干燥，得到硅气凝胶材料；
[0045]所述超临界流体萃取装置包括卧式超临界流体萃取釜；所述卧式超临界流体萃取藎，包括:
[0046]壳体，所述壳体底部设置有进气口，所述壳体顶部设置有出气口 ；
[0047]设置在壳体内腔的若干个物料架层；
[0048]和设置在进气口与物料架层之间的布气装置。
[0049]在本发明中，首先将硅酸酯、水和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶。其中，所述硅酸脂优选为正硅酸乙酯，更优选为正硅酸乙酯-28、正硅酸乙酯-32和正硅酸乙酯-40中的一种或多种。所述有机溶剂优选为乙醇。所述硅酸酯和水的质量比优选为I?10:10?80，更优选为I?5:10?50，最优选为3?4:30?40。所述娃酸醋和有机溶剂的用量比优选为I?10 (g):40?200 (mL)，更优选为I?6 (g):40?150 (mL)，最优选为3?5(g):50?105 (mL)。所述酸性条件由酸性溶液提供，所述酸性溶液优选为盐酸溶液，所述酸性条件的pH值优选为I?5，更优选为3?4。
[0050]在本发明提供的一个实施例中，在溶胶的制备过程中还添加助剂，该过程为:硅酸酯、水、助剂和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应，得到溶胶。所述助剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠和甘胆酸钠中的一种或多种。所述娃酸酯和助剂的质量比优选为I?10:1?2，更优选为I?2:1?1.1。
[0051]在本发明提供的一个实施例中，所述硅酸酯、水、助剂和有机溶剂混合，在酸性条件下进行水解反应得到溶胶的过程具体为:先将硅酸酯和水混合，然后将硅酸酯和水的混合体系与酸性溶液混合，接着将有机溶剂缓慢加入硅酸酯、水和酸性溶液的混合体系中，最后将硅酸酯、水、酸性溶液和有机溶剂的混合体系与助剂混合，进行水解反应。上述各阶段混合过程中混合的方式优选为搅拌。所述水解反应的时间优选为1min?24h，更优选为2?5h ;所述水解反应的温度优选为O?100°C，更优选为30?60°C，最优选为40?45°C。水解反应结束后，得到溶胶。
[0052]制得溶胶后，所述溶胶在碱性条件下进行缩聚