[发明专利]一种乳液法制备TiO2/SiO2气凝胶微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米多孔SiO₂凝胶材料技术领域，具体涉及一种乳液法制备TiO₂/SiO₂气凝胶微球的方法。

背景技术

二氧化硅(SiO₂)气凝胶作为一种新型纳米多孔超级隔热材料，有粉末状和块状两种形态，其孔洞率高达80％～99.8％，是一种低密度纳米多孔非晶态材料。二氧化硅气凝胶内含1～100nm尺度的颗粒及孔隙结构，具有较大的比表面积(200～1000m²/g)、较高的孔隙率(80％～99.8％)、较低的密度(1～500kg/m³)以及低至0.02W/(m·K)的导热系数。基于上述特点，二氧化硅气凝胶在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示出独特的性能，例如吸附性强，导热系数小，折射率低、弹性模量低、声阻抗低等，并且具有典型的分型结构。因此，二氧化硅气凝胶在光学领域、电学领域、声阻抗材料领域、催化领域、环境保护领域、隔热材料领域、医学和生命科学领域均有广泛的应用。

目前常见的制备二氧化硅气凝胶的方法有超临界法和常温常压法。超临界法制备的二氧化硅气凝胶性能比较优良，但设备系统复杂昂贵且需在高温高压下工作，危险性较高。而现有常温常压法在干燥过程中凝胶会收缩，使其容易碎裂或出现裂纹。此外现有技术所制得的SiO₂气凝胶性质比较单一，虽然其隔热性能较好但应用在材料领域如涂料和卷材上面时不能满足多功能的需求。在我国南方气候偏湿润雨水较多地区，墙体经常遭雨水冲刷，含有二氧化硅气凝胶的外墙涂料和卷材使用寿命不长，若开发一种超级憎水的涂料则可延长其使用寿命。此外，随着我国建筑能耗的不断增加，节能降耗问题日益被人们所重视，特别是夏季气温高时，空调的运转会消耗大量能量。开发一种可以减少太阳热量的吸收、降低室内温度，减少空调使用的建筑外墙红外反射隔热涂料是建筑节能材料的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种乳液法制备TiO₂/SiO₂气凝胶微球的方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种乳液法制备TiO₂/SiO₂气凝胶微球的方法，包括如下步骤：(1)配制二氧化钛悬浮液；(2)采用正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或组合与无水乙醇、蒸馏水配制二氧化硅醇溶液；(3)将二氧化钛悬浮液与二氧化硅醇溶液混合，加入甲酰胺搅拌制得混合溶胶；(4)采用梨糖醇酐油酸酯、聚山梨酯、正丁醇和正庚烷配制油相；(5)在搅拌条件下将混合溶胶加入油相中，添加氨水调节pH值，离心分离得到TiO₂/SiO₂凝胶微球；(6)向TiO₂/SiO₂凝胶微球中加入三甲基氯硅烷与非极性有机溶剂的混合溶液进行表面处理，再分别用无水乙醇和正己烷陈化，最后进行干燥。

步骤(1)所述悬浮液中还加入了六偏磷酸钠并进行超声分散处理，所用二氧化钛为金红石型粉末，悬浮液中二氧化钛质量分数为3％-6％。

步骤(2)所述二氧化硅醇溶液还添加有三甲基氯硅烷和氟化铵，添加三甲基氯硅烷调节溶液pH至3-4后，再加入氟化铵，所述正硅酸甲酯或正硅酸乙酯或两者组合物与蒸馏水、无水乙醇、氟化铵的摩尔比为1：1：6～8：0.01。

步骤(3)中按TiO2:与SiO2按摩尔比1:10混合均匀，混合溶胶中正硅酸甲酯或正硅酸乙酯或两者组合物与甲酰胺的摩尔比为1:0.6～0.8。

步骤(4)所述油相亲水亲油平衡值为4.5-6，其中梨糖醇酐油酸酯体积分数为2％-10％，正丁醇体积分数为5％。

步骤(5)所述搅拌速度为800-1000r/min，混合溶胶滴加完成后继续搅拌30min，之后搅拌速度降为400r/min，加入氨水将乳液pH调至7-8，混合溶胶与油相体积比为0.15-0.25:1，正硅酸甲酯或正硅酸乙酯或两者组合物与氨水的摩尔比为1：4×10^-4-4×10^-3。

步骤(6)所述非极性有机溶剂为环已烷，表面处理时间为20-30h，温度为20-25℃。