專利名稱：一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法
一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法技術領域
本發明屬于化工新材料領域，具體涉及一種低密度氧化硅氣凝膠的快速制備技術。所得的氣凝膠材料可廣泛應用于航空、航天、工業節能、建筑節能、以及隔聲、減震、防爆等各種領域。
背景技術：
氣凝膠是目前世界上已知最輕的固體，其孔隙率可高達99.8%，孔洞尺寸在1 IOOnm,比表面積可高達1000m2/g，體積密度可在3 500kg/m3之間變化，是一種高技術、綠色環保、高效的節能保溫材料，其熱導率常溫常壓下最低可達0. 015ff/(m · K))，是目前所知固態材料中熱導率最低的一種。由于氣凝膠的獨特結構和性能，該材料可望在航空、航天、 工業節能、建筑節能、以及隔聲、減震、防爆、環保、儲能等廣泛的領域有巨大的應用前景。 2007年8月19日，英國《星期日泰晤士報》發表文章稱，“氣凝膠將是改變世界的材料”。
氧化硅氣凝膠是最早被研究、也是目前最具應用前景的氣凝膠材料。其制備通常以有機硅為原料(如正硅酸乙酯、硅酸甲酯等)，并經超臨界工藝(在高溫高壓下進行)，將凝膠中的溶劑替換為空氣。有機硅源成本高昂，超臨界干燥工藝操作復雜、危險性大，因此很難實現大規模生產和商業化。
因此，采用工業硅溶膠、水玻璃等原料為硅源，經常壓干燥工藝來制備二氧化硅氣凝膠，是當前該領域發展的重要方向。
在王濤申請的中國專利(申請號200510011378. 2)中介紹介紹了以稻殼灰為硅源，通過水洗和有機溶劑置換制備(非疏水)氧化硅氣凝膠的方法。
倪星元等(中國專利，申請號200810042222. 4)公開了采用稻殼灰基氧化硅凝膠為原料，通過溶劑置換、表面修飾和常壓干燥技術制備疏水型氧化硅氣凝膠的方法。
曹旭光等(中國專利，申請號200910042159. 5)公開了采用有機硅氧烷為原料，經微波輻照、溶劑置換和常壓干燥制備高比表面積氣凝膠的方法。
李文翠等(中國專利，申請號201010205734. 5)公開了采用無機硅源或有機硅源為原料，經陳化、溶劑置換、表面修飾和常壓干燥等過程制備疏水氣凝膠的方法，等等。
盡管專利和文獻中已有若干關于常壓干燥方法制備氧化硅氣凝膠的研究報道，但目前已公開的方法均存在制備周期長(基本為2-20天)，耗費溶劑及有機硅試劑量大、所得氣凝膠密度偏高、生產成本較高等缺陷，難以滿足規模化生產的要求。
綜上所述，本領域缺乏一種生產成本低、生產時間短、可規模化生產、并且獲得氣凝膠密度可降低的氣凝膠快速制備方法。
因此，本領域迫切需要開發一種生產成本低、生產時間短、可規模化生產、并且獲得氣凝膠密度可降低的氣凝膠快速制備方法。發明內容
本發明的目的在于獲得一種生產成本低、生產時間短、可規模化生產、并且獲得氣凝膠密度可降低的氣凝膠快速制備方法。
本發明提供一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法，所述方法包括如下步驟
提供SiOpjC凝膠；
對所述S^2水凝膠進行微波輻照，使得其達到完全膠凝；
依次用極性溶劑、和非極性溶劑對所得到的完全膠凝的水凝膠進行溶劑置換；得到低密度氧化硅氣凝膠。
采用本方法制備的SiA氣凝膠的密度可達0. 03-0. 2g/cm3,比表面積為 500-800m2/g，具有顯著的疏水特征。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述微波輻照過程中，每毫升混合物接受的微波輻照功率為0. 1-1000W，優選0. 5-100W ；輻照時間為1秒-10小時，優選30秒-30分鐘。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述極性溶劑采用醇類溶劑，優選為能與水互溶的一元或多元醇，更優選甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、或丙三醇。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述非極性溶劑的表面張力小于30mN/m，優選丙酮、環己烷、正己烷、η-庚烷或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述溶劑置換的處理方式為浸泡、回流或沖洗的一種或幾種，處理時間分別為0. I-M小時(優選0. 5-4小時)，處理溫度為室溫-99 °C (優選 40-85 °C )。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述溶劑置換過程采用強化溶劑交換工藝，即在極性溶劑或非極性溶劑中加入可大量吸附水或醇的干燥劑。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述干燥劑選自硅膠、分子篩、生石灰、蒙脫石、 凹凸棒石或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述干燥劑與完全膠凝的水凝膠的體積比為 0.1-10 1。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述S^2水凝膠的原料通過如下方式制備
(1)以離子交換樹脂或酸對硅酸鈉水溶液進行酸化處理，使其pH值為2-3范圍；
(2)加入適量堿催化劑，以獲得所述SW2水凝膠。
在本發明的一個具體實施方式
中，所得到的低密度氧化硅氣凝膠進行如下的后處理
采用硅烷偶聯劑對所述低密度氧化硅氣凝膠進行表面改性；
所得到的表面改性的低密度氧化硅氣凝膠可任選地進行常壓干燥，獲得疏水型的低密度氣凝膠產品。
具體實施方式
本發明針對上述難題，開發出一種使用廉價水玻璃為硅源的氣凝膠快速制備方法，利用微波輻照促進膠凝，利用強化溶劑置換技術加速溶劑交換，有效縮短了生產周期， 并進而通過常壓干燥制備出密度低于0. lg/cm3的疏水性氣凝膠產品。在此基礎上完成了本發明。
本發明中，術語“含有”或“包括”表示各種成分可一起應用于本發明的混合物或組合物中。因此，術語“主要由...組成”和“由...組成”包含在術語“含有”或“包括”中。
以下對本發明的各個方面進行詳述
本發明的發明構思在于
采用成本低廉的水玻璃、工業硅溶膠、或硅酸鈉水溶液為硅源，替代價格高昂的有機硅源，同時采用微波輻照技術促進凝膠膠凝的過程，采用強化溶劑交換技術提高溶劑置換效率，從而實現在較短時間內生產高質量、低密度氧化硅氣凝膠的目的，并有效降低其生產成本。
本發明的技術手段包括
以不同模數的水玻璃或硅酸鈉溶液為原材料，以去離子水將其稀釋至質量濃度為 1-30% (優選3-10%)的硅酸鈉溶液，然后用強酸型離子交換樹脂或稀酸對其進行離子置換，使其PH值降低至2-3范圍；在濾液中加入適量堿催化劑，使其pH值為4-12 (優選5_9)， 經一段時間后膠凝。將膠凝后的氧化硅凝膠置于微波發生器中進行微波輻照，然后分別以醇和有機溶劑對其進行溶劑置換，得到有機凝膠；對該有機凝膠進行常壓干燥，可到非疏水型氧化硅氣凝膠；如對該有機凝膠進一步用有機硅試劑進行表面改性，經常壓干燥，即可得到具有超疏水性質的氧化硅氣凝膠。
更具體地，本發明公開了一種以廉價水玻璃為硅源，利用微波輻照和強化溶劑交換技術，在常壓條件下快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法。其步驟為(1)以離子交換樹脂或酸對硅酸鈉水溶液進行酸化處理，使其pH值為2-3范圍；( 加入適量堿催化劑，以獲得SiOyK凝膠；C3)對水凝膠進行微波輻照，促使其完全膠凝；(4)依次用醇、有機溶劑對水凝膠進行溶劑置換；( 采用硅烷偶聯劑對濕凝膠進行表面改性；(6)常壓干燥，獲得最終氣凝膠。
本發明的方法特點在于，(1)在SiO2溶膠膠凝后對其進行微波輻照，促進其完全膠凝，從而避免漫長的凝膠陳化過程；( 采用強化溶劑交換技術，從而顯著減少溶劑交換時間，并節省有機硅試劑用量。采用本方法制備的SiA氣凝膠的密度可達o. 03-0. 2g/cm3,比表面積為500-800m2/g，具有顯著的疏水特征。由于使用廉價水玻璃為原料，且采用了強化溶劑交換技術，本發明可在1天內制備出低密度、高比表面積的疏水氧化硅氣凝膠，適合規模化生產和應用。
以下對本發明的各個方面進行詳述
反應方法概述
本發明的一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法，所述方法包括如下步驟
提供SW2水凝膠；
對所述S^2水凝膠進行微波輻照，使得其達到完全膠凝；
依次用醇類溶劑、和非極性溶劑對所得到的完全膠凝的水凝膠進行溶劑置換；得到低密度氧化硅氣凝膠。
所述的微波輻照步驟和溶劑置換步驟可以快速制得低密度氧化硅氣凝膠。采用本方法制備的SiO2氣凝膠的密度可達0.03-0. 2g/cm3。在具體實施方式
中，SiO2氣凝膠的密度可達0. 03-0. 2g/cm3,比表面積為500-800m2/g，具有顯著的疏水特征。
(一 )氧化硅水凝膠的制備
選取不同模數的工業水玻璃或硅酸鈉水溶液為硅源，將其與適量去離子水(或自來水)混合，得到質量濃度為1-30% (優選3-10% )的硅酸鈉水溶液(A)。其中水玻璃或硅酸鈉溶液的模數范圍為1. 0-3. 5。
將強酸型離子交換樹脂與稀釋的硅酸鈉溶液㈧混合，在室溫_70°C條件下攪拌1 分鐘-12小時，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。或者，用稀酸⑶將A的pH值調整至2-3， 同樣得到(C)。其中強酸型離子交換樹脂可為苯乙烯系陽離子交換樹脂、其改性樹脂、或任何其他類陽離子交換樹脂；稀酸(B)可為濃度在0. 001-12mol/L的鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸或任何無機或有機酸。樹脂與硅酸鈉溶液(A)的體積比為1 10 1(優選1-3 1)。
過濾溶液(C)中的樹脂得到清液，在其中加入適量堿催化劑(D)，使溶液的pH值至4-12范圍(優選5-9)，在室溫-99°C條件靜置1分鐘-12小時，得到硅酸水凝膠(E)。堿催化劑(D)為任何能在水溶液中釋放出OH—的無機或有機試劑，包括但不限于氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺等等。
本發明的氧化硅水凝膠還可以采用本領域的各種常規方法進行制備，或是通過市售獲得，均可以通過后續的步驟快速獲得低密度的氧化硅氣凝膠。
( 二)水凝膠的微波輻照
將硅酸水凝膠(E)置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為0. I-IOOOK優選0. 5-100W)，輻照時間為1秒-10小時(優選30秒-30分鐘)。 經微波輻照后的硅酸水凝膠記為(F)。
本發明的突出特點在于，在氧化硅水凝膠形成后，采用微波輻照技術對水凝膠進行處理。微波加熱是一種針對極性分子的快速、有效、均有勻的加熱方式，能夠有效促進氧化硅凝膠的膠凝過程，在很短時間內增強氧化硅骨架的強度，從而有效抵抗溶劑蒸發引起的表面張力，防止納米孔道坍塌。同時，微波輻照過程可使凝膠孔道內的水分部分蒸發，從而在一定程度上減小溶劑置換的時間，而水分蒸發形成的聯通孔道將有助于提高后續步驟中的溶劑交換效率。
(三)溶劑置換
對水凝膠(F)進行溶劑置換處理，依次用醇(G)和低表面張力有機溶劑(H)對(F) 進行處理。
處理方式可為浸泡、回流或沖洗的一種或幾種，處理時間分別為0. 1-24小時(優選0. 5-4小時)，處理溫度為室溫_99°C (優選40-85°C )。
其中醇(G)為能與水互溶的一元或多元醇，包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、丙三醇等等。
有機溶劑(H)為表面張力小于30mN/m的非極性溶劑，包括但不限于丙酮、環己烷、 正己烷、η-庚烷等等。經溶劑置換后得到的有機凝膠記為凝膠(I)。
溶劑置換過程采用強化溶劑交換工藝，即在醇溶液(G)或有機溶劑(H)中加入可大量吸附水或醇的干燥劑(N)，如硅膠、分子篩、生石灰、蒙脫石、凹凸棒石等等。干燥劑(N) 與濕凝膠(F)的體積比為0.1-10 1。
如對有機凝膠(I)直接進行第5步的常壓干燥，則得親水性氧化硅氣凝膠(M)。
本發明的突出特點還在于，在溶劑置換及表面改性、修飾過程中可采用“強化溶劑交換技術”，即使用能大量吸收水/醇的干燥劑去除從濕凝膠中排出的水或醇，從而保證溶劑擴散的最大濃度梯度，使凝膠納米孔道中的水或醇溶劑能盡可能快的排出，節省溶劑置換時間，并有效減小溶劑置換次數。因此，在本發明的典型情況下，醇-水溶劑交換及有機溶劑-醇交換均只需1-2次(傳統方法基本為3次)，每次持續時間也只需1-4小時(傳統方法基本為12-24小時)。
(四)表面改性
本發明的硅烷偶聯劑的用量可控制在比較低的水平。例如，采用有機硅烷偶聯劑 (J)對有機凝膠(I)進行表面改性，硅烷偶聯劑(J)、有機凝膠(I)、溶劑(H)的體積比為 0.01-10 1 1-10。
在一個具體實施方式
中，采用有機硅烷偶聯劑(J)對有機凝膠(I)進行表面改性， 硅烷偶聯劑(J)、有機凝膠(I)、溶劑(H)的體積比為0.01-10 1 1-10，處理溫度為室溫_99°C (優選40-85°C )，處理時間為0. 1-24小時(優選0. 5-4小時)，處理方式可為浸泡、回流或沖洗的一種或幾種。
硅烷偶聯劑(J)的通式為RSiX3，式中R為有機基團，如乙烯基、氨基、環氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基等，X為某些易水解的基團，如氯、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，因此，硅烷偶聯劑(J)包括但不限于三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷、異丙氧基三甲基硅烷、六甲基二硅醚等等。
經表面改性后的凝膠用有機溶劑(H)進行清洗1-10次，處理溫度為室溫-99°C (優選40-85°C )，處理時間為0. 1-24小時(優選0. 5-4小時)，處理方式可為浸泡、回流或沖洗的一種或幾種。所得的有機凝膠記為(K)。
表面改性及隨后的有機溶劑清洗過程可采用與步驟(三)相似的強化溶劑交換工藝。
本發明的特點還在于，在有機凝膠(I)的表面改性過程中，硅烷偶聯劑的用量可控制在比較低的水平，而得到的氣凝膠的疏水效果不變。這對于有效降低氣凝膠產品的成本具有重要意義。
(五)常壓干燥
在常壓下對有機凝膠⑷進行干燥，去除孔內的有機溶劑，干燥溫度為室溫_250°C (優選60-200°C )，處理時間為0. 5-24小時(優選1_4小時)，加熱方式可為烘箱加熱、紅外燈加熱或其他加熱方式。經干燥后所得凝膠即為最終產物疏水型氧化硅氣凝膠(L)。
本發明的特點還在于，采用上述方法制備得到的疏水或非疏水型的氧化硅氣凝膠均具有比較低的堆積密度(0. 03-0. 2g/cm3)，尤其是適合制備密度在0. lg/cm3以下的氧化硅氣凝膠，而低密度的氣凝膠往往具有更低的熱導率和更好的絕熱、絕聲效果，實用性更佳。
如無具體說明，本發明的各種原料均可以通過市售得到；或根據本領域的常規方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。
上述合成方法只是本發明部分化合物的合成路線，根據上述例子，本領域技術人員可以通過調整不同的方法來合成本發明的其他化合物，或者，本領域技術人員根據現有公知技術可以合成本發明的化合物。
本發明的其他方面由于本文的公開內容，對本領域的技術人員而言是顯而易見的。
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照國家標準測定。若沒有相應的國家標準，則按照通用的國際標準、常規條件、或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數均分子量。
除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。
實施例1
選取模數為3. 0的工業水玻璃為硅源2毫升，與8毫升去離子水混合，得到質量濃度為5%的硅酸鈉水溶液(A)。將體積比為1 1的強酸型離子交換樹脂與硅酸鈉溶液(A) 混合，在室溫條件下攪拌3-5分鐘，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。過濾(C)得清液，在其中加入適量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范圍，室溫條件靜置10分鐘得硅酸水凝膠(E)。
將硅酸水凝膠(E)置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為20W，輻照時間為6分鐘，得硅酸水凝膠(F)。
依次用乙醇(G)和環己烷(H)對水凝膠(F)在65°C下進行浸泡，時間分別為2小時。同時在(G)或(H)中加入與濕凝膠同體積的4A分子篩。得到有機凝膠(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)對有機凝膠(I)進行表面改性，三甲基氯硅烷(J)、有機凝膠(I)、溶劑(H)的體積比為0.1 1 3，處理溫度為65°C，處理時間為2小時，處理方式可為浸泡。以環己烷浸泡清洗所得改性凝膠1次，溫度為65°C，處理時間為2小時，得到有機凝膠⑷。
將有機凝膠(K)置于200°C烘箱中烘干2小時，即可得疏水型氧化硅氣凝膠。經測試，其密度為0. 037g/cm3,比表面積為1177m2/g，孔徑分布峰值為11納米。
實施例2
選取模數為3. 0的工業水玻璃為硅源20毫升，與80毫升去離子水混合，得到質量濃度為5%的硅酸鈉水溶液(A)。將體積比為1 1的強酸型離子交換樹脂與硅酸鈉溶液 (A)混合，在室溫條件下攪拌3-5分鐘，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。過濾(C)得清液，在其中加入適量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范圍，室溫條件靜置10分鐘得硅酸水凝膠 ㈤。
將硅酸水凝膠(E)置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為20W，輻照時間為6分鐘，得硅酸水凝膠(F)。
依次用乙醇(G)和環己烷(H)對水凝膠(F)在65°C下進行浸泡，時間分別為8小時。同時在(G)或(H)中加入與濕凝膠同體積的4A分子篩。得到有機凝膠(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)對有機凝膠(I)進行表面改性，硅烷偶聯劑(J)、有機凝膠 (I)、溶劑(H)的體積比為0.3 1 3，處理溫度為65°C，處理時間為3小時，處理方式可為回流。以環己烷浸泡清洗所得改性凝膠1次，溫度為65°C，處理時間為2小時，得到有機凝膠⑷。
將有機凝膠(K)置于200°C烘箱中烘干1小時，即可得疏水型氧化硅氣凝膠。經測試，其密度為0. 047g/cm3。
實施例3
選取模數為3. 0的工業水玻璃為硅源2毫升，與8毫升去離子水混合，得到質量濃度為5%的硅酸鈉水溶液(A)。將體積比為1 1的強酸型離子交換樹脂與硅酸鈉溶液(A) 混合，在室溫條件下攪拌3-5分鐘，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。過濾(C)得清液，在其中加入適量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范圍，室溫條件靜置5分鐘得硅酸水凝膠(E)。
將硅酸水凝膠(E)置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為20W，輻照時間為6分鐘，得硅酸水凝膠(F)。
依次用乙醇(G)和環己烷(H)對水凝膠(F)在65°C下進行浸泡，時間分別為2小時。同時在(G)或(H)中加入與濕凝膠同體積的4A分子篩。得到有機凝膠(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)對有機凝膠(I)進行表面改性，三甲基氯硅烷(J)、有機凝膠(I)、溶劑(H)的體積比為0.1 1 3，處理溫度為65°C，處理時間為4小時，處理方式可為浸泡。以環己烷浸泡清洗所得改性凝膠1次，溫度為65°C，處理時間為3小時，得到有機凝膠⑷。
將有機凝膠(K)置于200°C烘箱中烘干3小時，即可得疏水型氧化硅氣凝膠。經測試，其密度為0. 084g/cm3。
實施例4
所有原料及工藝均與實施例3相同，但將微波輻照時間改為10分鐘。所得氣凝膠的密度為0. 127g/cm3。
實施例5
取模數為3. 0的工業水玻璃為硅源1. 4毫升，與8. 6毫升去離子水混合，得到質量濃度為3. 5%的硅酸鈉水溶液(A)。將體積比為1 1的強酸型離子交換樹脂與硅酸鈉溶液(A)混合，在室溫條件下攪拌3-5分鐘，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。過濾(C)得清液，在其中加入適量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范圍。
將硅酸水溶膠置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為20W，輻照時間為7分鐘，得硅酸水凝膠(F)。
其他工藝過程均與實施例3相同。所得氣凝膠的密度為0. 1035g/cm3。
實施例6:
取模數為3. 0的工業水玻璃為硅源20毫升，與80毫升去離子水混合，得到質量濃度為5%的硅酸鈉水溶液(A)。將體積比為1 1的強酸型離子交換樹脂與硅酸鈉溶液(A) 混合，在室溫條件下攪拌3-5分鐘，得到pH為2-3的硅酸溶液(C)。過濾(C)得清液，在其中加入適量氨水(D)，使溶液的pH值至5-6范圍，室溫條件靜置10分鐘得硅酸水凝膠(E)。
將硅酸水凝膠(E)置于微波反應器中進行微波輻照，每毫升混合物接受的微波輻照功率為20W，輻照時間為6分鐘，得硅酸水凝膠(F)。
依次用乙醇(G)和環己烷(H)對水凝膠(F)在65°C下進行溶劑交換，各重復2次， 每次持續時間分別為4小時，得有機凝膠(I)。
采用三甲基氯硅烷(J)對有機凝膠(I)進行表面改性，硅烷偶聯劑(J)、有機凝膠 (I)、溶劑(H)的體積比為0. 1 1 3，處理溫度為65°C，處理時間為4小時，處理方式可為浸泡。以環己烷浸泡清洗所得改性凝膠1次，溫度為65°C，處理時間為2小時，得到有機凝膠⑷。
將有機凝膠(K)置于200°C烘箱中烘干1小時，得到疏水型氧化硅氣凝膠。經測試，其密度為0. 03g/cm3。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用以限定本發明的實質技術內容范圍，本發明的實質技術內容是廣義地定義于申請的權利要求范圍中，任何他人完成的技術實體或方法，若是與申請的權利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權利要求范圍之中。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 提供SW2水凝膠；對所述S^2水凝膠進行微波輻照，使得其達到完全膠凝；依次用極性溶劑、和非極性溶劑對所得到的完全膠凝的水凝膠進行溶劑置換；得到低密度氧化硅氣凝膠。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波輻照過程中，每毫升混合物接受的微波輻照功率為0. 1-1000W,優選0. 5-100W ；輻照時間為1秒-10小時，優選30秒-30分鐘。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述極性溶劑采用醇類溶劑，優選為能與水互溶的一元或多元醇，更優選甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、或丙三醇。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述非極性溶劑的表面張力小于30mN/m，優選丙酮、環己烷、正己烷、η-庚烷或其組合。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑置換的處理方式為浸泡、回流或沖洗的一種或幾種，處理時間分別為0. 1-24小時(優選0. 5-4小時)，處理溫度為室溫-99 °C (優選 40-85 °C )。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶劑置換過程采用強化溶劑交換工藝， 即在極性溶劑或非極性溶劑中加入可大量吸附水或醇的干燥劑。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥劑選自硅膠、分子篩、生石灰、蒙脫石、凹凸棒石或其組合。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥劑與完全膠凝的水凝膠的體積比為 0. 1-10 1。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiO2水凝膠的原料通過如下方式制備(1)以離子交換樹脂或酸對硅酸鈉水溶液進行酸化處理，使其PH值為2-3范圍；(2)加入適量堿催化劑，以獲得所述S^2水凝膠。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所得到的低密度氧化硅氣凝膠進行如下的后處理采用硅烷偶聯劑對所述低密度氧化硅氣凝膠進行表面改性；所得到的表面改性的低密度氧化硅氣凝膠可任選地進行常壓干燥，獲得疏水型的低密度氣凝膠產品。
全文摘要
本發明提供一種快速制備低密度氧化硅氣凝膠的方法，所述方法包括如下步驟提供SiO2水凝膠；對所述SiO2水凝膠進行微波輻照，使得其達到完全膠凝；依次用極性溶劑、和非極性溶劑對所得到的完全膠凝的水凝膠進行溶劑置換；得到低密度氧化硅氣凝膠。本發明提供了一種生產成本低、生產時間短、可規模化生產、并且獲得氣凝膠密度可降低的氣凝膠快速制備方法。
文檔編號C01B33/14GK102557052SQ20121005583
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者李效民, 高相東 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所