[发明专利]一种不采用醇、水作为溶剂的莫来石溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于莫来石溶胶的制备领域，特别涉及一种不采用醇、水作为溶剂的莫来石溶胶的制备方法。

背景技术

莫来石又称富铝红柱石，是一种链状硅酸盐矿物，属于斜方晶系，它是Al₂O₃-SiO₂二元系统中唯一稳定的化合物。莫来石具有出众的物理化学性能，如很高的热稳定性，耐热度最高可达1790℃以上；较低的热膨胀和热传导系数，同时高温下抗蠕变性能优异、耐腐蚀，力学强度和韧性较高，其它常见的陶瓷材料在某些方面不能和莫来石相比。所以莫来石被视为绝佳的耐火材料尤其是在空气或富氧环境中有着其它非氧化物材料无法比拟的优势。

一般的金属醇盐都易水解，但在水中属难溶物质，大多数研究者采用醇作溶剂来增加溶解度同时达到混合均匀的目的，水则是作为反应物，加入量较少，目的是控制醇盐中烷氧基的水解程度，从而控制缩聚反应程度及产物分子线性结构。但使用醇溶剂成本高且生产过程存在安全隐患。自从Toshiyuki Nishio和Yoshinri Fujiki最早运用金属醇盐水溶液制备莫来石前驱溶胶以来，陆续出现了一些类似方法制备莫来石溶胶的报道。但是无论是采用醇还是水作为溶剂，在制备有机无机杂化材料时，对聚合物都有一定的要求：要能够溶解于醇或者是水。这对于聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈等高分子聚合物在制备多孔分离膜的过程来说是不能解决的难题，因为醇和水是这些聚合物的非溶剂。

因此，需要开发一种不采用醇和水作为溶剂的莫来石溶胶的制备方法，可以使莫来石溶胶与聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈等高分子聚合物以最大均匀度的混合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不采用醇、水作为溶剂的莫来石溶胶的制备方法，该方法过程简单、易于控制、合成设备简单、易于批量合成等优点；本发明制备的溶胶能够制备有机无机杂化的多孔膜材料，扩大了有机无机杂化材料的应用范围。

本发明的一种不采用醇、水作为溶剂的莫来石溶胶的制备方法，包括：

将可溶铝盐溶解于溶剂中，用酸调节溶液的pH值为1～3，然后加入铝醇盐，反应10-40min后，加入硅酯，常温下水解12-36h，最后于75-85℃进行缩聚反应10-60h，即可。

所述的可溶铝盐为AlX₃(X＝F^-、Cl^-、Br^-、I^-)、Al(NO₃)₃、Al₂(SO₄)₃、醋酸铝中的一种或几种。

所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种或几种。

所述的铝醇盐为异丙醇铝、乙醇铝、正丁醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的一种或几种。

所述的硅源为硅酸甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种。

所述的酸为盐酸、硝酸、硫酸、醋酸中的一种或几种。

所用的可溶铝盐、铝醇盐和硅酯中Al与Si的摩尔比为3∶1。

本发明的步骤为：以铝盐，硅脂为原料，按照Al/Si＝3(mol比)通过调节pH值在1～3之间，在特殊的溶剂中通过常温的水解和加热缩聚反应既得莫来石溶胶。

本发明采用可溶的铝盐、铝醇盐、硅酯分别为铝源和硅源，用酸调节溶液的pH值。将铝盐溶解于溶剂中，用酸调节溶液的pH值在1～3之间，反应半个小时后，加入硅源。在水解24小时以后，将溶液在80℃加热10h以上形成淡黄色的莫来石溶胶。

在莫来石溶胶形成的水解阶段，铝源的种类与配比对于能否形成均一稳定的莫来石溶胶起着至关重要的作用，其中一种铝盐一定要能溶于这种溶剂中，同时满足一定的电离，为体系提供一定的酸性，对铝醇盐的水解起到促进作用。体系的酸性对于莫来石溶胶的形成作用也非常大，如果铝盐提供的酸性不足，就不能形成稳定溶胶，就要另外加酸，维持体系的pH值在一定的酸度范围内。