疏水二氧化硅气凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通过使用同时进行洗涂和干燥W及溶剂置换的索氏提取法而用于制 备疏水二氧化娃气凝胶的方法和通过使用该方法制备的疏水二氧化娃气凝胶。
【背景技术】 阳00引作为具有约85 %至99. 9 %的孔隙率和约1皿至约100皿的孔径的高比表面积 (500m2/g^上）、超多孔的材料，气凝胶具有优异的特性，例如超轻重量、超高绝热性和超低 介电常数。由于所述优异的物理性能，已经积极地进行气凝胶作为透明绝热体和环境友好 的高溫绝热体、用于高集成器件的超低介电薄膜、催化剂和催化剂载体、用于超级电容的电 极和用于脱盐作用的电极材料的应用研究，W及气凝胶材料的开发。
[0003] 所述气凝胶的最大优点为具有0. 300W/m·KW下的导热率的超级绝热性，其导热 率低于有机绝热材料（如典型的泡沫聚苯乙締）的导热性。由于低的导热率，可能需要应 对火灾易损性和在着火的情况下产生毒气，即，典型的有机绝热材料的致命弱点。
[0004] 一般而言，湿凝胶是由二氧化娃前体（如水玻璃或四乙氧基硅烷（TE0巧）制备的， 然后通过在不破坏其微结构的情况下除去在所述湿凝胶中的液体组分而制备气凝胶。通过 上述方法制备的二氧化娃凝胶被制备成Ξ种形式：粉末、颗粒和块状料，W及主要制备成粉 末形式。 阳〇化]二氧化娃气凝胶粉末可W通常通过与纤维复合W如下形式商业化，例如，气凝胶 垫或气凝胶片。此外，由于通过使用二氧化娃气凝胶制备的垫或片具有柔性，其可W被弯 曲、折叠，或者被切割成预定的尺寸或形状。因此，所述二氧化娃气凝胶可W被用于家庭用 品，如夹克或鞋子，W及工业用途，如液化天然气（LNG)管道的绝热面板、工业绝热材料和 航天服、交通运输和用于发电的绝热材料。此外，在其中二氧化娃气凝胶被用于家庭（如公 寓）的防火口W及屋顶或地板的情况下，其在防火方面具有显著的效果。
[0006] 气凝胶制备工艺的核屯、技术为能够通过干燥而不收缩且同时保持湿凝胶的结构 而制备凝胶的干燥技术。典型的干燥方法可W包括超临界干燥。然而，超临界干燥不仅制 备成本高，而且由于高压还具有高风险。此外，由于超临界干燥为使用其中不能实施连续工 艺的高压蓋的工艺，就经济因素、稳定性和工艺的连续性而言，所述超临界干燥存在许多局 限。
[0007] 现有技术文献 阳00引专利文献
[0009](专利文献1)韩国专利申请公开公布第2012-0070948(公开日期：2012年7月2 日）。
【发明内容】
W10] 巧术间颗
[0011] 本发明的一个方面提供了一种用于制备疏水二氧化娃气凝胶的方法，其中，具有 优异的振实密度和比表面积的疏水二氧化娃气凝胶可w通过使用索氏提取法制备，所述索 氏提取法可W同时进行洗涂和干燥，W及溶剂置换。
[0012] 本发明的另一方面提供了通过上述方法制备的疏水二氧化娃气凝胶。
[0013] 本发明的另一方面提供了包含通过上述方法制备的疏水二氧化娃气凝胶的垫。
[0014] 巧术方案
[0015] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备疏水二氧化娃气凝胶的方法，所述 方法包括W索氏提取法提取疏水二氧化娃湿凝胶。
[0016] 根据本发明的另一方面，其提供了通过所述方法制备的疏水二氧化娃气凝胶。
[0017] 根据本发明的另一方面，其提供了包含通过所述方法制备的疏水二氧化娃气凝胶 的垫。 阳酬 有益效果
[0019] 根据本发明的制备方法可W同时进行疏水二氧化娃湿凝胶的洗涂和干燥，W及溶 剂置换。此外，由于提取溶剂可W通过自然干燥且无需额外的分离工艺而除去，可W容易地 制备具有改善的振实密度和比表面积的疏水二氧化娃气凝胶。
[0020] 此外，与典型的高溫和高压干燥工艺相比，由于根据本发明的制备方法是在相对 溫和的条件（低溫和低压）下进行的，由高溫和高压导致的风险较低，还可W连续再利用所 述提取溶剂。因此，就经济性和稳定性而言，存在许多优点。
【附图说明】
[0021] 说明书附图W实例的方式图示了本发明的优选的实施例，并与下文中本发明给出 的详细的描述一起起到使本发明的技术理念能够被进一步理解的作用，而因此本发明不应 仅用附图中的内容来解释。
[0022] 图1为依次示出根据本发明的实施方式的疏水二氧化娃气凝胶的制备工艺的框 图；化及
[0023] 图2为示意地示出可W用于根据本发明的实施方式的疏水二氧化娃气凝胶的制 备中的索氏提取器的结构图。
[0024][附图标记说明] 阳〇2引 100 索氏提取器
[00%] 10 提取溶剂储存器
[0027] 30 再沸器 阳0測 40 冷凝器
[0029] 50 提取器
[0030] 60 虹吸管
[0031] 70 冷却循环槽
【具体实施方式】
[0032] 在下文中，将更加详细地描述本发明W使得可W更清楚地理解本发明。
[0033] 将理解在说明书和权利要求中使用的词语或术语不应该解释成在通常使用的字 典中所定义的含义。应进一步理解，所述词语或术语应该解释为：基于发明人可W将所述词 语或术语适当地定义w最好地解释本发明的原则，具有与相关技术的环境和本发明的技术 创意一致的含义。
[0034] 一般而言，使用水玻璃制备的二氧化娃湿凝胶的中空部分被水（即，溶剂）填充。 因此，当通过后续干燥工艺除去溶剂时，在液相溶剂蒸发为气相时，由于在气体/液体界面 的水的高表面张力而发生孔结构的收缩和开裂。因此，在最终制备的二氧化娃气凝胶中可 能出现比表面积下降和孔结构变化。因此，为了保持所述湿凝胶的孔结构，不仅需要利用具 有相对低表面张力的有机溶剂置换具有高表面张力的水，而且需要开发能够洗涂并干燥湿 凝胶而不发生收缩，同时使所述湿凝胶的结构保持为原状的技术。
[0035] 此外，干燥的二氧化娃气凝胶在干燥之后立即保持低的导热率，但是由于存在于 二氧化娃表面上的亲水的硅烷醇基（Si-OH)吸收空气中的水，导热率可能会逐渐增加。因 此，还需要将二氧化娃气凝胶的表面改性为疏水的，从而保持低的导热率。
[0036] 在本发明中，提供了 一种用于制备疏水二氧化娃气凝胶的方法，其中，通过使用索 氏提取法通过对疏水二氧化娃湿凝胶同时进行洗涂和干燥，W及溶剂置换（如有必要）可 W制备具有优异的物理性能的疏水二氧化娃气凝胶，同时保持孔结构和低的导热率而湿凝 胶不会收缩，所述疏水二氧化娃湿凝胶被用于制备疏水二氧化娃气凝胶。
[0037] 具体而言，根据本发明的一个实施方式的用于制备疏水二氧化娃气凝胶的方法包 括W索氏提取法提取疏水二氧化娃湿凝胶。
[0038] 在所述制备方法中，所述疏水二氧化娃湿凝胶可W为疏水二氧化娃液凝胶，其中， 所述湿凝胶的中空部分被非极性有机溶剂填充；或者疏水二氧化娃水凝胶，其中，所述湿凝 胶的中空部分被水填充。
[0039] 上述疏水二氧化娃湿凝胶可W通过使用典型的制备方法制备。具体而言，所述疏 水二氧化娃湿凝胶可W通过如下方法制备：将表面改性剂和无机酸加入水玻璃溶液，并进 行反应。在运种情况下，在所述疏水二氧化娃湿凝胶为液凝胶的情况下，在加入表面改性剂 之前或之后，或者与表面改性剂同时进一步加入非极性有机溶剂，而因此，可W从所述湿凝 胶的中空部分除去水W制备被非极性有机溶剂填充的疏水二氧化娃液凝胶。在其中没有加 入非极性有机溶剂的情况下，可W得到其中湿凝胶的中空部分被水填充的疏水二氧化娃水 凝胶。因此，根据本发明的实施方式的用于制备疏水二氧化娃气凝胶的方法可W进一步包 括制备所述疏水二氧化娃湿凝胶。
[0040] 图1为依次示出根据本发明的一个实施方式的疏水二氧化娃气凝胶的制备工艺 的框图，在所述框图中进一步包括制备疏水二氧化娃湿凝胶。图1仅为用于描述本发明的 一个实例，而本发明的范围不限于此。在下文中，将参照图1更加详细地描述本发明。
[0041] 根据本发明的一个实施方式的制备疏水二氧化娃气凝胶的步骤1为制备疏水二 氧化娃湿凝胶。
[0042] 具体而言，所述疏水二氧化娃湿凝胶可W通过如下方法制备：将表面改性剂和无 机酸加入水玻璃溶液，并进行反应。在运种情况下，用于制备疏水二氧化娃湿凝胶的反应可 W通过如下方式进行：在25°C至80°C的溫度范围内揽拌10分钟至4小时，然而本发明不限 于此。
[0043] 此外，可W用于制备所述疏水二氧化娃湿凝胶的水玻璃溶液可W通过将水（特别 地，蒸馈水）加入水玻璃，并与所述溶液混合而制备。所述水玻璃没有特别限制，但是可W 包含28wt%至30wt%的量的二氧化娃（Si〇2)。此外，所述水玻璃溶液可W包含0.1 wt%至lOwt%量的二氧化娃。
[0044] 在所述疏水二氧化娃湿凝胶的制备中，所述表面改性剂和无机酸可W依次加入到 所述水玻璃中，或者可W同时加入，W及例如，考虑到表面改性的效果，可W依次加入表面 改性剂和无机酸。
[0045]此外，所述表面改性剂和水玻璃溶液可0. 05:1至0. 3:1的体积比加入。在运 种情况下，如上所述，所述水玻璃溶液可W包含0.Iwt%至lOwt%量的二氧化娃。在所述表 面改性剂W小于0. 05的体积比加入的情况下，由于能够与硅烷醇基（Si-OH)反应的表面改 性剂的量相对小于存在于水玻璃溶液中存在的硅烷醇基（Si-OH)的量，表面改性率可能下 降，W及存在表面改性可能不能平稳地进行的风险。因此，在干燥工艺期间，未表面改性的 硅烷醇基导致缩合反应，从而所得的二氧化娃气凝胶粉末中的孔的尺寸可能下降，W及可 能不能得到多孔性。此外，在其中W大于0. 3的体积比加入表面改性剂的情况下，经济效率 可能下降。
[0046] 可W用于二氧化娃湿凝胶的制备中的表面改性剂可W为有机娃化合物。具体而 言，所述表面改性剂可W为基于硅烷的化合物、基于硅氧烷的化合物、基于硅烷醇的化合物 或基于娃氮烧的化合物，W及运些化合物可W单独使用或W其两种W上的混合物使用。
[0047] 所述基于硅烷化合物的具