疏水SiO2气凝胶制备

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原位法常压干燥制备疏水SiO_2气凝胶及其热稳定性

2 结果与讨论
2.1 气凝胶的物相及形貌分析图 1 为原位法制备的疏水 SiO2 气凝胶的 XRD
图谱. 由图 1 可知, 所得疏水 SiO2 气凝胶样品仅在 2θ 为 20°-25°范围内有一个馒头状弥散宽峰, 在其它位置没有明显的特征衍射峰, 说明该样品是典型的无定型非晶态结构.
图 2 为疏水 SiO2 气凝胶的扫描电镜照片. 由图 2 可知, 气凝胶表面呈不规则颗粒紧簇分布状, 有少量大颗粒. 2.2 气凝胶的 FTIR 分析
(College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062, P. R. China)
Abstract： Using an acid-base two-step catalysis for the hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS), hydrophobic silica aerogel with a high specific surface area was prepared by an in-situ sol-gel process and ambient pressure drying utilizing the introduction of drying control chemical additives (DCCA) N,N-dimethylformamide (DMF) and trimethylchlorosilane (TMCS) to allow for the hydrophobic modification of the sol system. The structure and morphology of these samples were characterized by N2 physical adsorption, X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry, and scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the specific surface area of the hydrophobic silica aerogel modified by this in-situ method was larger than that of an aerogel modified by the ex-situ method. The specific surface area of the former aerogel was up to 979 m2·g-1. The aerogel had a good hydrophobic property because of the hydrophobic group (—CH3) that was linked to the aerogel′s surface. After heat treatment at 500 ℃, the aerogel became hydrophilic because it lost most of its hydrophobic groups (—CH3). After heat treatment at high temperature 800 ℃ the hydrophobic silica was still in an amorphous state, which indicated good thermal stability for the hydrophobic silica aerogel.

SiO_2气凝胶制备及疏水改性研究

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图 1 亲水气凝胶的红外图谱
Fig . 1 FTI R spectra of hydrophilic silica aerogels
纯 ,北京化学试剂公司 ; HMDZ, 江西星火化工厂 ; HMDSO ,上海化学试剂公司 ; 正己烷 , 化学纯 ; 无水乙醇 ,化学纯。 2. 2 疏水 S i O 2 气凝胶的制备按一定配比将 TEOS 与乙醇混合 , 搅拌下慢慢加入定量水和催化剂 ,混合均匀后倒入试管并封口 , 置于 60 ℃ 水浴中 , 待凝胶形成后 , 加入一定量的无水乙醇老化 ,每隔 12 h 换无水乙醇一次 ,老化 4 d 即得到醇凝胶 ; 用正己烷对醇凝胶进行充分的溶剂交换得到烷烃凝胶 ,然后加入正己烷溶液并封口 ,将试管放入一定温度的水浴进行表面改性反应 2 d; 改性完毕的凝胶再用正己烷在室温下洗去反应的副产物 ,最后在 60 ℃ 烘箱内干燥 48 h, 得到疏水 SiO2 气凝胶。 2. 3 疏水 S i O 2 气凝胶的表征密度 : 采用改进液体静力天平法 ; 体积收缩 : [ 11 ] 以测量凝胶尺寸的变化来确定 ; 疏水性 : 测定接 [ 12 ] 触角。用美国产 AT M - 2400 比表面分析仪测定气凝胶的比表面积、孔径分布及孔体积。用美国产
Si O2 气凝胶制备及疏水改性研究
陈一民谢凯赵大方肖加余
(国防科技大学航天与材料工程学院 ,长沙 410073)
文摘采用六甲基二硅氮烷 ( HMDZ) 和六甲基二硅氧烷 ( HMDSO ) 为表面改性剂 , 对正硅酸乙酯 ( TEOS)经溶胶 - 凝胶过程制备的凝胶进行表面改性 ,大幅度简化了洗涤过程 ,常压干燥制备了疏水 SiO2 气凝胶 ,并研究了表面改性剂对 SiO2 气凝胶结构和性能的影响。结果表明 ,所制备的疏水 SiO2 气凝胶有良好的疏水性能 ,吸附水量低于 3% ,与水的接触角大于 130 ° ; 疏水 SiO2 气凝胶的密度、比表面积和孔隙率分别为 150 ～225 kg /m 、 750 ～900 m / g和 88% ～93% ,其颗粒尺寸为 1 ～100 nm。关键词疏水改性 ,二氧化硅 ,气凝胶 ,常压干燥

疏水二氧化硅气凝胶保温材料配方

疏水二氧化硅气凝胶保温材料配方引言疏水二氧化硅气凝胶是一种新型的高性能保温材料，具有优异的绝热性能和疏水性能。

本文将介绍疏水二氧化硅气凝胶保温材料的配方，并详细讨论每个成分的作用和添加比例。

成分及其作用疏水二氧化硅气凝胶保温材料的主要成分包括二氧化硅、表面改性剂、交联剂和溶剂。

下面将逐一介绍它们的作用。

1. 二氧化硅 (SiO2)二氧化硅是疏水二氧化硅气凝胶保温材料的主要组成部分，起到支撑结构的作用。

它具有良好的导热性能和抗压强度，可以有效阻止热量传导和承受外部压力。

在配方中，需要选择高纯度、细颗粒的二氧化硅，并控制其添加比例以达到所需的保温效果。

2. 表面改性剂表面改性剂是为了提高疏水性能而添加的成分。

它可以在二氧化硅表面形成一层疏水膜，阻止液体渗透和吸附，从而减少热传导。

常用的表面改性剂包括有机硅化合物、硅酮等。

在配方中，需要根据具体要求选择合适的表面改性剂，并控制其添加量以达到最佳的疏水效果。

3. 交联剂交联剂是为了增加材料的强度和稳定性而添加的成分。

它可以将二氧化硅颗粒相互连接，形成一个三维网状结构，提高材料的抗压和抗拉强度。

常用的交联剂包括有机聚合物、无机盐类等。

在配方中，需要选择适当的交联剂，并控制其添加量以达到所需的强度和稳定性。

4. 溶剂溶剂是为了调整材料的粘度和流动性而添加的成分。

它可以使配方混合均匀，并便于后续加工。

常用的溶剂包括水、有机溶剂等。

在配方中，需要根据具体要求选择适当的溶剂，并控制其添加量以达到所需的粘度和流动性。

配方示例下面是一个疏水二氧化硅气凝胶保温材料的配方示例：•二氧化硅：80%•表面改性剂：10%•交联剂：8%•溶剂：2%需要注意的是，以上配方仅供参考，具体的配方比例需要根据实际情况进行调整。

在实际生产中，可以通过试验和优化来确定最佳的配方比例。

制备方法下面是一个简要的制备方法：1.将二氧化硅和溶剂加入搅拌机中，并搅拌均匀，形成一个均质的混合物。

2.将表面改性剂逐步加入混合物中，并继续搅拌，直至表面改性剂完全溶解。

常压制备疏水型二氧化硅气凝胶及透光率分析

常压制备疏水型二氧化硅气凝胶及透光率分析朱建军;姜德立;魏巍;谢吉民【摘要】采用溶胶-凝胶法,通过常压干燥制备了疏水型二氧化硅气凝胶.研究了pH、水解时间等因素对二氧化硅气凝胶透光率的影响.以正硅酸乙酯为原料,通过酸(草酸)-碱(氨水)两步催化,采用溶胶-凝胶法常压干燥制备了疏水型介孔二氧化硅气凝胶.正硅酸四乙酯、乙醇、草酸、氨水物质的量比为1∶4∶5∶0.2,草酸和氨水的浓度分别为0.008、0.05 mol/L时,采用二甲基二氯硅烷为改性剂常压制备了二氧化硅气凝胶.透射电镜、扫描电镜测试表明:二氧化硅气凝胶具有纳米介孔结构.接触角测定表明:二氧化硅气凝胶与水的接触角为148°,表现出疏水性.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2013(045)012【总页数】3页(P21-23)【关键词】二氧化硅气凝胶;溶胶-凝胶法;常压干燥;透光率【作者】朱建军;姜德立;魏巍;谢吉民【作者单位】江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013;江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013;江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013;江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TQ127.2SiO2气凝胶是一种轻质纳米多孔性非晶固态材料，因其特殊结构而具有许多优异性能，如孔隙率高（～99%）、密度低（～0.3g/cm3）、比表面积大（1600m2/g）、光透过率高（＞90%）等［1-3］，因此 SiO2气凝胶在高能物理、环境保护和药物载体等诸多领域具有广泛的应用前景。

SiO2气凝胶通常都以硅酸酯或水玻璃为原料，经超临界干燥制得。

然而超临界干燥对设备要求高，存在不安全因素，并且制备的气凝胶容易吸收水分而使性质发生变化，严重影响其性能，大规模应用受到很大制约［4］。

目前，常压干燥研究中采取的工艺措施主要是对水凝胶进行网络增强和溶剂交换（表面改性）。

由于单纯的网络增强难以获得低密度的气凝胶，因此常压干燥工艺中的技术关键是对水凝胶进行溶剂交换，即用低表面张力的溶剂替换水凝胶中的水溶剂，并通过表面修饰使凝胶表面的—OH基团被—CH3等疏水基团替换，从而降低和减小干燥收缩和碎裂问题。

常压制备低孔径高比表面积疏水SiO2气凝胶

摘要以正硅酸乙酯为先驱体，三醇为干燥控制化学添加刑（ｘＣ，过酸碱两步溶胶一胶法制备了二丙ｒＡ）通凝
氧化硅气凝胶．时利用六甲基二硅氮皖（同ＨＭＤ）正己烷的混合液对湿凝胶进行表面疏水改性。测试分析了所制Ｚ和
ｈｘ１ｔｙ（ｉｚｎ（ｅｎｃｈｌ１ａｅＨＭＤＺ）ａｄｈｘｎｓａＳＩｃｄｆｉｇａｅｔｉｃｅｏｅｓｗｅｅｓｎｈｓｅｙｔｅｔｔｐａｎｅａｅａＬａｅｍｏｉｎｇｎ，ｓｌａａｒｇｌｆｙｉｒｙｔｅｉｄｂｈｗｏｓｅｚｓ１ｅｍｅｈｄ（ｌｔｏ．Ｔｈｈｓｃｌｐｏｅｔｓｓｃｓｄｎｉ．ｈｄｏｈｂｃｔ．ｓｅｉｉｓｒａｅａｅｎｐｅｒｎｅｗｅｅ）ｇｅｐｙｉａｒｐｒｉｕｈａｅｓｔｅｙｙｒｐｏｉｉｙｐｃｆｕｆｃｒａａｄａｐａａｃｒｃｎｅｓｉｅ．Ｔｈｅｕｓｓｏｔａｉｃｅｏｅｓｎａ（ｂｕｆｃｄｆａｉｎｈｓｇｏｙｒｐｏｉｐｏｅｌｏｅｌａｌｄｋｅｒｓｈｈｗｈｔｓｌａａｒｇｌｌｄ２ｙｓｒａｅｍｏｉｃｔａｏｄｈｄｏｈｂｃｒｐｒＹｗｈｓｉｉｏ
Ｓ（！ｉ气凝胶是一种结构可控的轻质纳米多孔材料，）具有

气凝胶制备工艺

气凝胶制备工艺
采用正硅酸乙酯(TEOS)作为制备硅气凝胶的前驱体，丙酮与无水乙醇的混
合液作为溶剂，经酸碱两步催化法制备出密度低、孔隙率大的硅气凝胶。

在制备过程中采用三甲基氯硅烷(TMCS)为疏水剂，最终制备出疏水性SiO2气气凝胶。

首先将原料按照摩尔比TEOS：丙酮：无水乙醇：水=1：4：4：4的比例充分
混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶胶的pH值到3～4，反应进行一段时间后加入
稀氨水调节溶胶的pH值到6～7，以上混合、反应均在磁力搅拌器上完成。

室温下静置使之成为凝胶。

将凝胶在室温下老化二天后，再加入无水乙醇，使凝胶浸泡于其中，无水乙醇要没过凝胶，50℃环境中老化一天，然后冷却至室温后进行表面疏水处理。

表面处理剂的主要成分是三甲基氯硅烷，溶剂为正己烷。

将10-15%的三甲基
氯硅烷正己烷溶液缓慢倒入已老化后降至室温的凝胶中，要将凝胶完全淹没，并将容器密封以避免表面处理剂挥发，室温下反应两天，然后在55℃鼓风式烘
箱中继续反应两天。

将剩余液体倒出后用丙酮浸泡至少一天，以使残留在凝胶中的正己烷溶剂置换出来。

然后将凝胶置于55℃烘箱中干燥一个星期，即可得到疏水性SiO2气凝胶。

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ｈｘｍｔｌｓｏａｅＴＣ／ＭＳ）ｅａｅｙｉｌｎ，ＭＳＨＤＯ混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性，ｈｄｉｘ用乙醇洗涤以后，在常压条件下干燥后得到疏水的Ｓ：ｉ气凝胶。研究表明；Ｏ当溶胶液ｐＨ值从３变到５最终得到的，
气凝胶的密度随ｐＨ值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大，而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂ＴＣ／：ＭＳＨ０的摩尔比大于０１，．时最终可得到疏水的气凝胶，当其大于０２．后气凝胶的密度和疏水性变化不大。Ｓ：ｉ气凝胶密度和比表面积分别在１０１０ｋ／３５９Ｏ０ — ６ｇｍ和３
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赵大方，陈一民等：疏水ＳＯ气凝胶制备ｉ２
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疏水Ｓ２气凝胶制备ｉＯ
赵大方。陈一民。晓斌。洪许静
（国防科技大学，长沙４０７）１０３
摘要：自的硅溶胶为原料，以制通过三甲基氯硅六甲基二硅氧烷（ｍｔｌｌｏｌｅｔｅｙｈｒｉｎＨｈｃｏｓａ／
１实验
１１二氧化硅气凝胶的制备．
ＳＯ气凝胶制备的流程如图１ｉ：。首先将Ｓ：ｉ含量为１％（Ｏ０质量分数）的水玻璃溶液［（％０）ｎＳＯ）＝１３１～３３］７ｎＮ：（ｉ：：．．在 ℃下通过强酸性苯乙烯阳离子交换树脂［型号０１７７２］０ × （３）交换柱（直径４ｍ，７ｍ）流出液的ｐＯｍ高０ｃ，Ｈ值在２６～．，．２９然后加人０１ｍｌＬ的ＮＯ．ｏ／ａＨ溶液调节到不同的ｐＨ值，放人６ ℃水浴Ｏ中经过一段时间后得到Ｓ：ｉ水凝胶，Ｏ加去离子水老化一段时间以后，对其进行改性和溶剂交换。将老化后得到的湿凝胶浸人适量的ＴＣ／ＭＳＭＳＨＤＯ混合液中，在室温下进行改性。改性过程中水从凝胶中渗出，水与ＨＳＭＤＯ分层，等到凝胶完全浮于上层ＨＤＯ溶液的底部时，ＭＳ取出凝胶用乙醇对其进行洗涤至洗出液基本无盐酸后，将凝胶置于６￣０Ｃ常压下干燥２ｈ即得Ｓ２４，ｉ气凝胶。Ｏ其中凝胶中水含量等于湿凝胶质量与凝胶直接干燥后质量之差。
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７常压干燥；疏水
Ｓｉ气凝胶由于其独特的纳米多孔网络结构，Ｏ具有很低的折射率和热导率，对气体的选择性透过等特性，这使得它可用作隔热材料、隔音材料、过滤材料等，在众多领域有着广泛的应用前景引。一般气凝胶制备包括两个部分：卜溶胶凝胶过程和超临界干燥。即先采用价格相对昂贵的有机先驱体（正硅酸乙酯或正硅酸甲酯）作为原料制备湿凝胶，然后在超临界干燥条件下除去溶剂干燥。一般溶剂的超临界条件（乙醇，临界温度２３０℃ ，４．临界压力６３ＭＰ；氧化碳，．ａ二临界温度３．℃ ，１１临界压力７２Ｐ）．９Ｍａ对干燥容器的要求很高，大大增加了气凝胶的成本，也限制它的工业化生产；另外，一般方法得到的气凝胶表面含有大量的羟基，这使得在空气中容易吸潮，遇水容易破碎，影响了其声、电学性能，光、从而限制了气凝胶的使用场合，】影响了Ｓｉ气凝胶的广泛应用。避免在超临界条件下对凝胶进Ｏ行干燥、降低气凝胶的原料成本和改善气凝胶的疏水性是推动气凝胶广泛应用的关键，因而，在常压干燥下制备疏水气凝胶越来越受到广大材料化学家的重视。目前，对从有机先驱体得到的凝胶，在常压干燥的研究较多，但选择价格低廉的硅无机盐为先驱体制备ＳＯ气凝胶的常压干燥过程研究还很少¨ ｉｕ。大量研究表明，通过对凝胶进行甲基硅烷改性得到疏水表面，可以避免干燥时凝胶孔表面羟基之间的相互缩合而引起的不可逆收缩，从而使得甲基硅烷改性后的湿凝胶能够在常压干燥以后得到ＳＯ气凝胶。一般而言，ｉ：硅烷基类试剂与水反应比硅凝胶表面羟基更为剧烈，以首先要通过溶剂交换除去凝胶中的水。Ｓ：所ｉ水凝Ｏ胶中含有大量的水（０一０ ‘ ８％９％）需要经过大量的溶剂交换除去凝胶网络中的，水，才能保证改性剂最终能够有效地对凝胶表面的羟基进行改性，这样提高了但操作的复杂性，也提高了成本。目前，不进行溶剂交换而直接对水凝胶进行改性的研究还比较少ｍ引，其中Ｓｈｅｆｅ１通过采用试剂三甲基氯硅烷［ｒｅｙｃｗｒｅ［】ｔｇｔｍｔｌｉｈｃｌｏｉｎ，ＭＳ分子式为（Ｈ）一Ｓ１对凝胶进行表面改性，ｈｒｌｅＴＣ；ｏｓａｃ３ｉ］ —ｃ同时加入它与水反应的产物六甲基二硅氧烷［ｅａｅｙｉｌａｅＨＤＯ分子式为ｈｘｍｔｌｓ０ｎ，ＭＳ；ｈｄｉｘ
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无机硅化合物（ｎｒ．ｉｏｏｐｕｄ２０年第２（ＩｏＳｉｎＣｍｏｎ）０６ｇｌｃ期总第１５３期）
（Ｈ）Ｓ— ＯＳ（Ｈ）］其目的是利用ＨＤＯ溶于ＴＳ而不溶于水的特Ｃ３３ｉ — ｉＣ３３，ＭＳＭＣ性，使得水和改性后有机相中的凝胶能够很容易的实现相分离，而不通过溶剂从交换而直接实现表面改性和相分离。
研究中以自制的硅溶胶为原料制备ＳＯ水凝胶，ｉ：对所得到的Ｓ：ｉ水凝胶采Ｏ用ＴＣ／ＭＳＭＳＨＤＯ体系进行改性，对改性后的凝胶采用廉价的乙醇洗去凝胶中存在的少量盐酸，干燥过程中的破碎，获得不破碎的疏水气凝胶；研究了避免从而并ｐＨ值和改性剂用量对最终气凝胶的性质影响。