一種製備疏水SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>幹凝膠的方法
2023-09-13 04:10:55
專利名稱：一種製備疏水SiO2-TiO2-ZrO2幹凝膠的方法
技術領域：
本發明涉及幹凝膠材料的製備技術。尤其涉及一種溶膠-凝膠法制
備疏水Si02-Ti02-Zr02的方法。 技術背景
幹凝膠材料具有極低的密度、極大的孔隙率和比表面積，在科技 高速發展的今天，這些獨特的性質決定了它必將成為研究的熱點。 目前，幹凝膠在很多領域已有應用，最突出的是在隔熱保溫領域。
由於Si02幹凝膠材料具有極低的導熱係數(一般在0. 05W m—1 K—t左
右)，國外已有人將Si02幹凝膠粉末夾雜在兩塊玻璃板中間製成保溫
玻璃，即透光又保溫，降低了供暖能耗，也有人將其添加到牆體材料 或牆體表面塗層中，起到了較好的保溫隔熱作用。
由於Si02幹凝膠具有低密度、高氣孔率的結構特點，因此強度低、 易碎裂、成型困難是其難以克服的缺點，這一缺點限制了其在隔熱保 溫及其他領域的應用。
本發明是在Si02幹凝膠中通過溶膠-凝膠法首次引入Ti02、 Zr02 組分，通過使其結構中新增加的Ti-O網絡和Zr-0網絡，或分散於原 Si-0網絡中^與Si-0網絡聯結形成Si-0-Ti、 Si-0-Zr結構，提高單 純Si-O網絡的強度。
發明內容
本發明首次將Ti02、 Zr02組分通過溶膠-凝膠法引入Si02幹凝膠 中，使網絡變得複雜、緻密度更大，在隔熱保溫性能變化不大的情況 下提高了製品的成型性能，增加了其應用範圍。
其製備方法如下
1. 按質量比氧氯化鋯鈦酸丁酯正矽酸乙酯無水乙醇 =1:2.7:16.7:106.7配成溶液，用稀鹽酸調節溶液的pH值為 2.5-4.0，此時將溶液溫度保持在70 75°C，並持續攪拌約10min 後向溶液中滴加稀NaOH溶液，直至形成凝膠。
2. 將上述形成的凝膠置於按體積比l: 1配成的正矽酸乙酯-無水乙醇 溶液中老化，老化溫度為6(TC，老化時間為15h，既得到老化的凝 膠。然後將經過老化的凝膠置於正庚烷中以浸泡方式完成洗滌，浸 泡時間為24h，浸泡溫度為7(TC;再將經過浸泡洗滌的凝膠再置於 三甲基氯矽烷中以浸泡方式完成疏水改性處理，處理時間12h，之 後取出，於溫度為5CTC、常壓下乾燥12h，即製得前述的Si02-TiO廠Zr02幹凝膠。
按上述方法製備的Si02-Ti02-Zr02幹凝膠室溫下為無定形態 (如圖l 、圖2所示)，表面平整、均勻，無大的團聚顆粒及裂紋 結構(如圖3所示)，氣孔率可以達到85%,比表面積190 210mVg， 孔徑6 30nm，粒子直徑小於20nm (如圖4所示)，導熱係數可達 到0.0857W/(m*K)，具有較好的隔熱保溫性能。按上述方法製備 的疏水性的Si02-Ti02-Zr02幹凝膠具有較強的疏水性能，即在空氣 中，水的潤溼角大於120° (如圖5所示)。按上述方法製備的疏 水性的Si02-Ti02-Zr02幹凝膠中可推測出Si-0-Ti、 Si-0-Zr結構 (如圖6所示)。
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圖1 : Si02-Ti02-Zr02幹凝膠的XRD圖譜； 圖2 SiO廠Ti02-Zr02幹凝膠的EED圖譜； 圖3 : Si02-Ti02-Zr02幹凝膠的SEM圖譜； 圖4 : SiO廠Ti02-Zr02幹凝膠的TEM圖譜; 圖5 : Si02-Ti02-Zr02幹凝膠表面上的水滴；
圖6 (a) Si02幹凝膠的紅外光譜圖;圖6 (b): Si02-Ti02-Zr02 幹凝膠的紅外光譜圖。
具體實施例方式
實施例1:
按質量比氧氯化鋯鈦酸丁酯正矽酸乙酯無水乙醇 =1:2.7:16.7:106.7配成溶液，使用稀鹽酸調節溶液的PH為 2.5-4.0，此時溶液溫度保持在70 75。C，並持續攪拌約10min後 向溶液中滴加稀NaOH溶液，即可製得凝膠。
實施例2:
將製得凝膠置於按體積比1:1配成的正矽酸乙酯-無水乙醇溶 液中老化15h，老化溫度為6(TC。然後將經過老化的凝膠置於正庚 烷中以浸泡方式完成洗滌，浸泡時間為24h，浸泡溫度為7(TC;再 將經過浸泡的凝膠再置於三甲基氯矽烷中以浸泡方式完成疏水改 性處理，處理時間12h，之後取出，於溫度為5(TC、常壓條件下幹 燥12h，即製得前述的Si02-Ti02-Zr02幹凝膠。
權利要求
1、一種製備氣孔率大於85％、密度約為0.5g/cm3、比表面積達到200cm2/g的疏水SiO2-TiO2-ZrO2幹凝膠的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)按質量比氧氯化鋯∶鈦酸丁酯∶正矽酸乙酯∶無水乙醇＝1∶2.7∶16.7∶106.7配成溶液，用稀鹽酸調節溶液的pH值為2.5-4.0，此時將溶液溫度保持在70-75℃，並持續攪拌約10min後向溶液中滴加稀NaOH溶液，直至形成凝膠；(2)將形成的凝膠置於按體積比1∶1配成的正矽酸乙酯-無水乙醇溶液中老化15h，老化溫度為60℃；再將經過老化的凝膠置於正庚烷中以浸泡方式完成洗滌，浸泡時間為24h，浸泡溫度為70℃；然後將經過浸泡的凝膠再置於三甲基氯矽烷中以浸泡方式完成疏水改性處理，處理時間12h，之後取出，再於溫度為50℃、常壓下乾燥12h，即製得前述的SiO2-TiO2-ZrO2幹凝膠。
2、 一種用權利要求1所述方法製備的疏水Si02-Ti02-Zr02幹凝膠在隔 熱保溫領域的應用；對按權利要求1所述方法製得的幹凝膠進行導熱 係數的測定，得到導熱係數約為0.0857W/(m，K)，具有良好的隔熱保 溫性能。
全文摘要
本發明涉及一種疏水SiO2-TiO2-ZrO2幹凝膠的製備方法。本發明首次將TiO2、ZrO2組分通過溶膠-凝膠法引入SiO2幹凝膠中，使網絡變得複雜、緻密度增大，在隔熱保溫性能變化不大的情況下提高了製品的成型性能，增加了其應用範圍。用正矽酸乙酯、鈦酸丁酯和氧氯化鋯做原料，通過溶膠-凝膠法製備出SiO2-TiO2-ZrO2凝膠，於常壓且溫度為50℃的條件下乾燥後即可製得疏水SiO2-TiO2-ZrO2幹凝膠。該幹凝膠可用於保溫隔熱方面。儀器分析表明製得的幹凝膠氣孔率可以達到85％，比表面積190～210m2/g，孔徑6～30nm，粒子直徑小於20nm，密度約為0.5g/cm3，導熱係數可達到0.0857W/(m·K)，在空氣中，水的潤溼角大於120°。
文檔編號C04B32/00GK101565296SQ20091014695
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者吳衛華, 王黔平, 陳明華 申請人:河北理工大學