[发明专利]一种高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于保温材料技术领域，提供了一种高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。本发明在保护气氛下对疏水二氧化硅气凝胶进行热处理，可以使疏水二氧化硅气凝胶表面甲基基团的数目有序减少，并减少其表面及孔隙中的残留有机液体，优化其微观形貌，从而使得最终疏水二氧化硅气凝胶具有高热稳定性和低燃烧热值。

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，尤其涉及一种高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化硅气凝胶拥有诸多优异的性能，诸如低密度、低热导率、高比表面积等，这些特性使得二氧化硅气凝胶在保温隔热领域拥有广阔的应用市场。传统二氧化硅气凝胶具有亲水性，在空气中极易受潮，导致使用寿命大幅锐减。当前利用疏水改性的方法，将硅甲基嫁接在二氧化硅气凝胶的骨架上，使其具有疏水性，从而大幅度延长其使用寿命。同时，采用该工艺还能实现二氧化硅气凝胶的常压干燥，避免以往生产过程中由超临界干燥所带来的危险，且常压干燥也更廉价更适合工业化生产。

在二氧化硅气凝胶的骨架上引入硅甲基基团，虽然能够使其具有疏水性，但是由于硅甲基基团含有较高的燃烧热值，这将使疏水改性的二氧化硅气凝胶存在一定的热危害。以正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸甲酯(TMOS)和水玻璃为前驱体制备的疏水二氧化硅气凝胶热稳定性差，在较高的温度环境中(250～400℃)会导致其疏水性的丧失，进而导致其使用寿命及保温性能的大幅降低。

因此，在保持二氧化硅气凝胶疏水性的同时，提高其热稳定性、降低燃烧性能，开发出高热稳定性、低热值的疏水二氧化硅气凝胶是当前业界一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法得到的二氧化硅气凝胶兼具高疏水性、高热稳定性和低燃烧性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶的制备方法，包括：

将疏水二氧化硅气凝胶于保护气氛下进行热处理，得到所述高热稳定性、低热值疏水二氧化硅气凝胶。

优选地，所述热处理包括：升温至热处理的温度进行保温，所述热处理的温度为200～1000℃，所述升温的速率为1～20℃/min，所述保温的时间为5～1440min。

优选地，所述保护气氛包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、二氧化碳和一氧化碳中的一种或多种。

优选地，所述疏水二氧化硅气凝胶包括疏水无机二氧化硅气凝胶和疏水有机二氧化硅气凝胶。

优选地，所述疏水无机二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下步骤：

将无机硅源和水混合，进行第一凝胶化，得到二氧化硅湿凝胶；

在所述二氧化硅湿凝胶中，依次加入醇溶剂、疏水改性剂和酸性催化剂，进行第一改性，得到所述疏水二氧化硅气凝胶。

优选地，所述疏水有机二氧化硅气凝胶的制备方法包括以下步骤：

将有机硅源、醇溶剂和水混合，进行水解，得到硅源水解液；

将所述硅源水解液进行第二凝胶化，得到二氧化硅湿凝胶；

将所述二氧化硅湿凝胶依次进行醇置换和烷烃置换，得到烷烃凝胶复合体系；

将所烷烃凝胶复合体系和疏水改性剂混合，进行第二改性，得到所述疏水二氧化硅气凝胶。

优选地，所述疏水改性剂为单甲基疏水改性剂、二甲基疏水改性剂、三甲基疏水改性剂或六甲基疏水改性剂；