一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法专利检索-原位固化法排水系统专利检索查询-专利查询网

一种有机 硅改性酚醛气凝胶的制备方法

阅读：243发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，属于气凝胶隔热研究技术领域。本发明为了解决气凝胶制备过程中环保性差、制备方法繁琐等问题，所述方法为：将酚类、醛类、有机硅按比例混合，加入水配置成质量分数为20％～40％的溶液，搅拌30～90min，加入酸和碱，控制pH值为3.5～6.5，升温固化有机硅酚醛，常压干燥，即得到有机硅改性酚醛气凝胶。本发明使用酸碱缓冲溶剂进行固化，固化时间不到24h，不需溶剂置换，固化后可直接进行常压干燥，显著的减少了气凝胶的制备时间。本发明采用原位共聚方法简单，催化剂易得，有机硅与酚醛混合均匀没有明显相分离现象。在常压干燥的时候，气凝胶形成的微米孔道可以抵抗水的表面张力，使气凝胶呈现原有的形状。，下面是一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述方法为：
将酚类、醛类、有机硅按比例混合，酚类与醛类的摩尔比为1：1.4～2，酚类与有机硅的摩尔比为1：0～2，加入水配置成质量分数为20％～40％的溶液，搅拌30～90min，加入酸和碱，控制溶液的pH值为3.5～6.5，升温固化有机硅酚醛，常压干燥，即得到有机硅改性酚醛气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述酚类为苯酚、间苯二酚或邻苯二酚中的一种；所述醛类为甲醛、乙醛或糠醛中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述酸为盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的一种，所述碱为碳酸钠、碳酸氢钠、氨水或三乙胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述有机硅为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷或二丙基二乙氧基硅烷中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：加入酸和碱的操作具体为：加入2～20μL的酸，搅拌5min，再加入14～30μL的碱，搅拌5～30min。
6.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述有机硅与酚类的质量比为0～1：1。
7.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：有机硅在水中不溶解时可加入适当的表面活性剂。
8.根据权利要求1所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，其特征在于：所述升温固化的温度为60～150℃中任一温度并保持5～24h，所述常压干燥的温度为60～200℃中任一温度，干燥12h。

说明书全文

一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于气凝胶隔热研究技术领域，具体涉及一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法。

背景技术

[0002] 气凝胶是一种新型材料，因为其多孔、密度小、具有三维网络孔隙结构，使其具有很多独特的性质，包括低导电系数(<1.7)、低导热系数(<0.02W/m.k)、低声传播速度(<100m/s)、低密度(<100kg/m3)等，在隔热、催化、隔音等领域都有许多的应用。

[0003] 目前研究最多的无机气凝胶是SiO2气凝胶，但SiO2气凝胶使用温度只能在800℃以下，温度过高时二氧化硅烧结收缩会破坏气凝胶的三维孔隙结构，使气凝胶失去隔热效果。有机气凝胶中研究最多的为酚醛气凝胶，由于酚醛气凝胶具有很高的碳转化率，高温下不会烧结收缩而是转化为碳，可有效的吸收热辐射，酚醛制备的碳气凝胶可以满足耐温1200～1500℃的应用需求，因此酚醛气凝胶具有很好的隔热性，但原料中酚羟基的存在会使产品具有吸湿性，导致气凝胶的隔热效果不好同时也不耐热，因此提高酚醛气凝胶的疏水性，提升气凝胶的耐热隔热性能是目前研究的关键问题，目前提高酚醛气凝胶的耐热性能主要是通过对酚醛气凝胶的改性来实现。

[0004] CN104177644B中通过聚酰亚胺对酚醛气凝胶进行改性，将制备好的聚酰亚胺前驱体和酚醛水凝胶混合加入吡啶催化制备改性气凝胶，可以在分子级别进行两相共混或分子链缠结，形成的气凝胶混合较好，但混合后的水凝胶需放入5％的乙酸酸洗老化2天，放入丙酮溶剂置换3天后常压干燥，密度为0.35g/cm3。制备的气凝胶密度较高，步骤繁琐并且制备周期较长。

[0005] CN110396216A中通过线性酚醛树脂与硅烷接枝剂混匀制备接枝的线性酚醛树脂，加入固化剂并和纤维混合，固化后得到硅烷改性的酚醛树脂。将硅烷接枝在线型酚醛树脂上，避免固化时硅烷和酚醛树脂反应速率不一致产生相分离和快速凝胶问题。但接枝需12h，气凝胶需固化72h，晾置24h，常压干燥24h，制备周期过长。

[0006] 总结以上的制备工艺，主要存在以下几点问题：1、酚醛气凝胶多采用碱性催化剂进行固化，固化时间长达72h，溶剂置换常压干燥和超临界干燥均需花费大量的时间。2、制备改性的酚醛气凝胶原位共聚较少，实现分子级别的接枝和共混步骤繁琐、条件控制较难。形成的气凝胶干燥过程收缩，不能保持原有形状。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了解决气凝胶制备过程中环保性差、制备方法繁琐等问题，提供一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，该方法中设计使用了缓冲催化剂，制备的气凝胶疏水可常压干燥，具有一定的隔热效果，同时提高了酚醛树脂的残碳率和疏水耐热性。

[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

[0009] 一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述方法为：

[0010] 将酚类、醛类、有机硅按比例混合，酚类与醛类的摩尔比为1：1.4～2，酚类与有机硅的摩尔比为1：0～2，加入水配置成质量分数为20％～40％的溶液，搅拌30～90min，加入酸和碱，控制溶液的pH值为3.5～6.5，升温固化有机硅酚醛，常压干燥，即得到有机硅改性酚醛气凝胶。

[0011] 本发明相对于现有技术的有益效果为：

[0012] (1)使用水作为溶剂成本较低，使用缓冲催化剂催化提高酚醛的固化速度，使用原位聚合的方法，在气凝胶表面包覆一层有机硅具有疏水性，可有效降低酚醛吸水性，提高酚醛干燥效率。

[0013] (2)制备的气凝胶中存在通道结构，可以将硅树脂浸渍其中，通道表面包覆的有机硅有效减少硅树脂和酚醛界面的相分离，制备的复合材料可以有效隔热。

[0014] (3)本发明的酚醛气凝胶使用酸碱缓冲溶剂进行固化，固化时间不到24h，不需溶剂置换，固化后可直接进行常压干燥，显著的减少了气凝胶的制备时间。

[0015] (4)本发明采用原位共聚方法简单，催化剂易得，有机硅与酚醛混合均匀没有明显相分离现象。在常压干燥的时候，气凝胶形成的微米孔道可以抵抗水的表面张力，使气凝胶呈现原有的形状。附图说明

[0016] 图1为实施例1中制备的比例尺为2μm的气凝胶的微观扫描电镜图；

[0017] 图2为实施例2中制备的比例尺为2μm的气凝胶的微观扫描电镜图；

[0018] 图3为实施例2中制备的气凝胶材料的疏水角示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

[0020] 具体实施方式一：本实施方式记载的是一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述方法为：

[0021] 将酚类、醛类、有机硅按比例混合，酚类与醛类的摩尔比为1：1.4～2，酚类与有机硅的摩尔比为1：0～2，加入水配置成质量分数为20％～40％的溶液，搅拌30～90min，加入酸和碱，控制溶液的pH值为3.5～6.5，升温固化有机硅酚醛，常压干燥，即得到有机硅改性酚醛气凝胶。

[0022] 具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述酚类为苯酚、间苯二酚或邻苯二酚中的一种；所述醛类为甲醛、乙醛或糠醛中的一种。

[0023] 具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述酸为盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的一种，所述碱为碳酸钠、碳酸氢钠、氨水或三乙胺中的一种。

[0024] 具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述有机硅为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷或二丙基二乙氧基硅烷中的一种或几种混合。

[0025] 具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，加入酸和碱的操作具体为：加入2～20μL的酸，搅拌5min，再加入14～30μL的碱，搅拌5～30min。

[0026] 具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述有机硅与酚类的质量比为0～1：1。

[0027] 具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，有机硅在水中不溶解时可加入适当的表面活性剂。

[0028] 具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，所述升温固化的温度为60～150℃中任一温度并保持5～24h，所述常压干燥的温度为60～200℃中任一温度，干燥12h。

[0029] 实施例1：

[0030] 一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：

[0031] 将苯酚和甲醛以摩尔比1：1.4～1.6混合加入甲基三甲氧基硅烷，酚醛和有机硅的摩尔比为1：0.2～0.4混合搅拌5min，加入水配置成质量分数为26～30％的溶液，加入4～8μL的乙酸，搅拌5min，加入14～20μL的碳酸氢钠，搅拌30min，升温至60～80℃，1h后升温至80～100℃固化4～6h，70～90℃常压干燥12h得到有机硅改性的酚醛气凝胶，其扫描电镜图如图1所示，可以清楚的看见完整性和均一性较好的孔道结构，平均孔道为132微米，测试其导热系数为0.13W/(m·k)。

[0032] 实施例2：

[0033] 一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：

[0034] 将间苯二酚和甲醛以摩尔比1：1.8～2混合加入甲基三甲氧基硅烷，酚醛和有机硅的摩尔比为1：0.6～0.8混合搅拌5min，加入水配置成质量分数为30～34％的溶液，加入适量的乙酸和碳酸钠，调节pH至4～5.2，搅拌30min，升温至60～80℃固化8～10h，80～120℃干燥10～12h得到有机硅改性的酚醛气凝胶，其扫描电镜图如图2所示，可以清楚的看见完整性较好的孔道结构，平均孔道为57微米。有机硅改性酚醛气凝胶的疏水角为132°(图3)，有效的提高了酚醛的疏水性能，减少了因为气凝胶吸湿性而导致的导热系数降低，测试导热系数为0.12W/(m·k)。

[0035] 实施例3：

[0036] 一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：

[0037] 将间苯二酚和甲醛以摩尔比1：1.6～1.8混合加入甲基三甲氧基硅烷和二乙基二乙氧基硅烷(甲基三甲氧基硅烷和二乙基二乙氧基硅烷的摩尔比为1:0.3～0.5)，酚醛和有机硅的摩尔比为1：0.4～0.6混合搅拌5min，加入水配置成质量分数为30～34％的溶液，加入十六烷基溴化氨的质量为水质量的0.02％，加入适量的乙酸和碳酸钠，调节pH至5～6，搅拌30min，升温至60～80℃固化5～7h，60℃干燥12h得到有机硅改性的酚醛气凝胶。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种易坍地层预加固再成孔灌注桩施工方法	2020-05-11	803
一种用于原位修复重金属污染土壤的电场辅助吸附提取方法	2020-05-11	932
一种纳米粒子包覆甘蔗渣纤维环氧树脂复合材料的制备方法	2020-05-12	77
一种复合漆膜电磁屏蔽材料及制备方法	2020-05-12	450
一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用	2020-05-11	184
一种溶剂-非溶剂法包覆金属氢化物的方法	2020-05-11	212
柔性管道修复施工方法	2020-05-08	221
聚硅氧烷复合电解质、其应用及其制备方法	2020-05-12	503
一种水力压裂液及其方法	2020-05-08	515
一种锂离子电池负极的保护方法及电解液	2020-05-08	970

一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法

一种有机硅改性酚醛气凝胶的制备方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：