本發(fā)明涉及氣凝膠制備領(lǐng)域，尤指一種具有柔韌性二氧化硅氣凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
：氣凝膠是一種輕質(zhì)、多孔的固體材料，粒子尺寸介于1-100nm之間，是典型的納米材料，其孔隙率可達(dá)80一99.8%。由于氣凝膠具有特異的多孔納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得其具有其他固體材料無(wú)可比擬的卓越性能，其密度最低可達(dá)3kg/m3，比表面積可以達(dá)到1000m2/g以上，熱導(dǎo)率極低，室溫真空熱導(dǎo)率甚至可以達(dá)到0.001wm-1·K-1，氣凝膠的這些優(yōu)異性能使得其具有十分廣泛的用途。目前，柔韌性二氧化硅氣凝膠的制備方法主要有兩種:（1）硅烷作為前驅(qū)體，以醇為溶劑，采用酸、堿溶液分別作為催化劑。水解反應(yīng)得到多輕基硅烷后，再加入堿，得到網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠。將濕凝膠放置老化，期間進(jìn)行多次洗滌，除去殘余的溶劑，最后通過(guò)超臨界流體干燥，就可以得到柔韌性的二氧化硅氣凝膠；（2）采用交聯(lián)劑交聯(lián)濕凝膠，然后經(jīng)過(guò)超臨界干燥工藝來(lái)制備柔韌性二氧化硅氣凝膠。這種方法一般是先制備濕凝膠，然后往凝膠體系中加入交聯(lián)劑，交聯(lián)劑會(huì)與濕凝膠表面的特定基團(tuán)反應(yīng)，發(fā)生縮聚反應(yīng)并釋放一些小分子的產(chǎn)物，交聯(lián)劑與濕凝膠以化學(xué)鍵的形式結(jié)合在一起，得到新的網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠，通過(guò)溶劑置換，除去小分子產(chǎn)物和殘余溶劑，再經(jīng)過(guò)超臨界干燥工藝即得大塊狀的氣凝膠。上述兩種方法都是采用的是有機(jī)硅烷材料作為原料，價(jià)格昂貴，且都需要采用超臨界工藝實(shí)現(xiàn)干燥，工藝復(fù)雜、成本高，都不適于大規(guī)模推廣使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有柔韌性二氧化硅氣凝膠的制備方法，以實(shí)現(xiàn)原料來(lái)源便宜，價(jià)格價(jià)廉，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有柔韌性二氧化硅氣凝膠的制備方法，是以堿性硅酸鹽為原料，經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，制備成硅膠前驅(qū)體，加入三聚氰胺，在堿性條件下，老化、然后用醇類物質(zhì)或酮類物質(zhì)置換出水，經(jīng)干燥制成具有柔韌性的二氧化硅氣凝膠，包括以下步驟：a.配液：配制硅酸鈉溶液和三聚氰胺溶液，所述硅酸鈉溶液中二氧化硅的重量百分比為3-5wt%，三聚氰胺加入水中配制成飽和溶液；b.強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂的再生：將強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂加入離子交換柱，加入3-5%的鹽酸，浸泡12小時(shí)，隨后放掉鹽酸并利用去離子水洗至PH4-5，備用；c.二氧化硅前驅(qū)體的制備：將步驟a中配制好的硅酸鈉溶液以300-500mL/h的速度加入離子交換柱，離子交換柱出口處的pH值保持在2.5-3.5；d.混合：將步驟c制備的二氧化硅前驅(qū)體加入混合釜，加入配制好的三聚氰胺飽和溶液，混合20-30分鐘，其中三聚氰胺質(zhì)量為二氧化硅質(zhì)量的10-15%；e.老化：向步驟d中形成的混合物中，加入氨水調(diào)整pH至8-9，形成混合溶膠,并在常溫下攪拌10-20分鐘；f.成型：將步驟e形成的溶膠倒入模具中，在50-60℃下保溫至凝膠并老化15-20小時(shí)；g.溶劑置換：將步驟f形成的凝膠在10-15℃下利用醇類物質(zhì)或酮類物質(zhì)進(jìn)行水的置換，將凝膠中水含量置換至0.1%以下；h.干燥：將步驟g形成的凝膠利用溫度120-150℃氮?dú)膺M(jìn)行干燥，制備出具有柔韌性的二氧化硅氣凝膠。具體地，步驟g中，醇類物質(zhì)為甲醇、乙醇中的一種或兩種，所述酮類物質(zhì)為丙酮。本發(fā)明通過(guò)采用硅酸鈉為原料代替現(xiàn)有的有機(jī)硅烷原料，原料易得、價(jià)格便宜，此外本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化，具有再加工性。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于此。實(shí)施例一：將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生并清洗干凈，配制3%的硅酸鈉溶液，以300mL/h的速度通過(guò)離子交換柱出口保持pH值為2.5得到二氧化硅前驅(qū)體，取1000Kg二氧化硅前驅(qū)體，加入混合罐，加入三聚氰胺飽和溶液其中含三聚氰胺3g，混合20分鐘。加入氨水調(diào)整至pH值為8-9，在常溫下，攪拌20分鐘，倒入至成型模具中，在50-60℃下保溫至凝膠并老化15小時(shí)，形成凝膠。將凝膠在10℃下利用乙醇進(jìn)行醇洗，置換凝膠中水含量在0.1%以下。然后利用溫度120-150℃氮?dú)膺M(jìn)行干燥，制備出具有柔韌性的二氧化硅氣凝膠。實(shí)施例二：將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生并清洗干凈，配制5%的硅酸鈉溶液，以400mL/h的速度通過(guò)離子交換柱出口保持pH值為2.5得到二氧化硅前驅(qū)體，取1000Kg二氧化硅前驅(qū)體，加入混合罐，加入三聚氰胺飽和溶液其中含三聚氰胺5g，混合20分鐘。加入氨水調(diào)整至pH值為8-9，在常溫下，攪拌20分鐘，倒入至成型模具中，在50-60℃下保溫至凝膠并老化20小時(shí)，形成凝膠。將凝膠載12℃下利用甲醇進(jìn)行醇洗，置換凝膠中水含量在0.1%以下。然后利用溫度120-150℃氮?dú)膺M(jìn)行干燥，制備出具有柔韌性的二氧化硅氣凝膠。實(shí)施例三：將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生并清洗干凈，配制5%的硅酸鈉溶液，以500mL/h的速度通過(guò)離子交換柱出口保持pH值為3.0得到二氧化硅前驅(qū)體，取1000Kg二氧化硅前驅(qū)體，加入混合罐，加入三聚氰胺飽和溶液其中含三聚氰胺7.5g，混合25分鐘。加入氨水調(diào)整至pH值為8-9，在常溫下，攪拌20分鐘，倒入至成型模具中，在50-60℃下保溫至凝膠并老化15小時(shí)，形成凝膠。將凝膠載15℃下利用丙酮進(jìn)行醇洗，置換凝膠中水含量在0.1%以下。然后利用溫度120-150℃氮?dú)膺M(jìn)行干燥，制備出具有柔韌性的二氧化硅氣凝膠。上述實(shí)施例的制備出的二氧化硅氣凝膠物理性能測(cè)試如表1。檢驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)值實(shí)施例一實(shí)施例二實(shí)施例三孔容ml/g1.8-2.52.0.1.951.9比表面積m2/g450-550450490500楊氏模量(N/m2)＞4X1044.5X1044.82X1045.91X104表1通過(guò)表1可知，實(shí)施例1-3中制備出的二氧化硅氣凝膠均達(dá)到檢測(cè)項(xiàng)目的指標(biāo)，相較于現(xiàn)有的二氧化硅氣凝膠制備方法，具有原料易得、價(jià)格便宜、工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化，具有再加工性等優(yōu)勢(shì)。以上實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3