气凝胶微球的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米多孔Si化凝胶材料技术领域，具体设及一种改进掛筑):er法制备 Ti〇2/Si〇2气凝胶微球的方法。
【背景技术】
[0002]Si〇2气凝胶是近几年发展起来的一种新型超级绝热材料。它是一种轻质多孔非晶 固态材料，其网络结构中孔桐的典型尺寸是1~lOOnm，孔隙率则高达80% -99.8%，比表 面积甚至高达200m2/g~lOOOmVg，而密度可低至化g/m3~400kg/m3,导热系数可W低至 0.005W/(m-K)左右。Si〇2气凝胶之所W具有上述优异的性能，一个很重要的原因就是在 制备过程中通过控制工艺参数，使得Si〇2气凝胶的孔桐直径在50nm左右，孔桐直径低于空 气分子的平均自由程，使得空气分子运动被孔壁隔断，此时的材料处于近似真空的状态。 由于其极高的比表面积，空气气态热传导和固态凝胶骨架固态热传导在运种弯曲复杂的路 径中几乎被隔绝，从而使得运种材料具有低于空气的导热系数，可W低到0. 005W/(m，k)W 下。同时作为一种无机材料，Si化气凝胶的密度低，防水阻燃，绿色环保，如果将其应用在建 筑外墙外保溫领域将具有广阔的前景。然而由于Si化气凝胶独特的空间无规网络结构和 低密度高孔隙率的结构特点使其强度差、吸附力强，阻水性差，成型难度大，所WSi化复合 型气凝胶的研究进展缓慢。
[0003] 目前常见的制备Si〇2气凝胶的方法有超临界法和常溫常压法。超临界法制备的二 氧化娃气凝胶性能比较优良，但设备系统复杂昂贵且需在高溫高压下工作，危险性较高。而 现有常溫常压法在干燥过程中凝胶会收缩，使其容易碎裂或出现裂纹。此外现有技术所制 得的Si〇2气凝胶性质比较单一，虽然其隔热性能较好但应用在材料领域如涂料和卷材上面 时不能满足多功能的需求。在我国南方气候偏湿润雨水较多地区，墙体经常遭雨水冲刷，含 有二氧化娃气凝胶的外墙涂料和卷材使用寿命不长，若开发一种超级憎水的涂料则可延长 其使用寿命。此外，随着我国建筑能耗的不断增加，节能降耗问题日益被人们所重视，特别 是夏季气溫高时，空调的运转会消耗大量能量。开发一种可W减少太阳热量的吸收、降低室 内溫度，减少空调使用的建筑外墙红外反射隔热涂料是建筑节能材料的一个研究热点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种改进St沛er法制备Ti02/ Si02气凝胶微球的方法，本发明的技术方案如下： 阳0化]一种改进StGber法制备Ti〇2/Si〇2气凝胶微球的方法，包括下列步骤：（1)配制二 氧化铁悬浮液；（2)采用正娃酸甲醋或正娃酸乙醋与醇溶剂、二氧化铁悬浮液、甲酯胺、蒸 馈水配制混合溶胶；(3)配制氨水和无水乙醇的混合溶液；(4)在恒溫水浴和揽拌条件下， 将所述混合溶胶分多次加入混合溶液中反应；（5)向步骤（4)所得溶液中定时滴加氣硅烷 自组装液继续反应；(6)将步骤（5)所得溶液离屯、清洗干燥。
[0006] 优选的，步骤（1)所述悬浮液中还加入了六偏憐酸钢并超声分散处理，所用二氧 化铁为金红石型粉末，悬浮液中二氧化铁质量分数为3% -6%。
[0007] 优选的，步骤（2)所述混合溶胶的配制包括将正娃酸甲醋或正娃酸乙醋与二氧化 铁悬浮液、醇溶剂、蒸馈水揽拌混合，加入HN03溶液调节抑值至3-4,再加入甲酯胺超声 分散，其中正娃酸甲醋或正娃酸乙醋与蒸馈水、醇溶剂、甲酯胺、硝酸的摩尔比为1 :1 :6-8 : 0. 6-0. 8 :10 4-10 3,混合溶胶中Ti〇2:与Si〇2的摩尔比为1:10。
[0008] 更优选的，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、下醇中的一种或组合。
[0009] 优选的，步骤（3)所述无水乙醇与氨水的体积比为1:4-6。
[0010] 优选的，步骤（4)所述恒溫水浴溫度为43°C，所述混合溶胶分4次加入到等体积的 混合溶液中，反应时间为24h。
[0011] 优选的，步骤（5)所述氣硅烷自组装液是在氮气保护下，将氣硅烷加入异丙醇溶 剂中揽拌均匀并用硝酸调节抑值至1. 8-2. 5所得。
[0012] 更优选的，所述氣硅烷为3, 3, 3-=氣丙基甲基二甲氧基硅烷和十二氣庚基丙基 =甲氧基硅烷混合物。
[0013] 优选的，步骤（5)氣硅烷自组装液的加入量于步骤四所得溶液体积比为1:5,滴加 完成后调节水浴溫度到65°C，继续恒溫恒速揽拌反应12h。
[0014] 步骤（6)所述离屯、清洗干燥包括将反应产物在4000rpm的转速下用酒精和二甲苯 分别离屯、清洗4次，接着置入真空干燥箱中恒溫75°C干燥20-3化。
[0015] 本发明提供的改进S化ber法制备Ti化/Si化气凝胶微球的方法克服了超临界法存 在的设备复杂、生产成本高、危险性高W及常压法不易得到完整Si化气凝胶的缺点，所有反 应在常压下进行条件溫和，反应溫度不超过l〇〇°C，对设备的要求不高，因而能降低生产成 本，提高生产安全性。采用本发明方法制备的Ti化/Si化气凝胶微球粒径在200~750nm， 表面光滑，单分散性较好；宏观上气凝胶完整性好，无碎裂或裂纹，具有透明度好、憎水、红 外热反射性好、热导率低等优点。该气凝胶在涂料，卷材等建筑领域具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本领域技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，下面结合实施例 具体说明。
[0017] 实施例一
[0018] (1)配制二氧化铁悬浮液。量取100mL蒸馈水放入烧杯中，加入0. 45-0. 50g六 偏憐酸钢（分散剂），揽拌溶解后再加入一定量粒径为SOnm-IOOnm的金红石型二氧化铁粉 末，将烧杯放入540W的超声波细胞粉碎机中超声分散30-50min，得到质量分数为3%的二 氧化铁悬浮液。
[0019] 超声产生的局部高溫、高压、强冲击波和微射流等作用，能较大幅度地弱化纳米微 粒间的纳米作用能，有效地防止纳米微粒团聚而使之充分分散。选用光反射能力、折光指数 均较强的金红石型Ti化渗杂SiO2气凝胶，能够在一定程度上减少材料的红外消光系数，增 加Ti〇2/Si〇2气凝胶的红外热反射性。
[0020] (2)采用正娃酸甲醋、二氧化铁悬浮液、无水乙醇、甲酯胺、蒸馈水配制混合溶胶。 正娃酸甲醋、二氧化铁悬浮液、无水乙醇、蒸馈水揽拌混合均匀后，用hn〇3溶液调节抑至 3-4,接着加入干燥控制剂甲酯胺并超声分散即得混合溶胶。该溶胶中正娃酸甲醋、蒸馈水、 无水乙醇、甲酯胺、HN03的摩尔比为I:I:6-8:0. 6-0. 8:10 4-10 3。制得的混合溶胶中Ti〇2: 与Si〇2的摩尔比为1:10。
[0021] 添加甲酯胺可W使凝胶网络的孔径增大，而孔径增大有利于在正娃酸甲醋的醇溶 液浸泡过程中，正娃酸甲醋分子进入凝胶孔道中的每个位置，与凝胶表面的-OH发生反应， 生成SSi-O-Si(OCzHe)Z