本發(fā)明涉及無機(jī)材料，具體涉及一種基于聚離子液體改性的耐高溫疏水氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料在航空航天、石油化工等隔熱保溫領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。由于二氧化硅氣凝膠表面含有大量羥基(-oh)，在潮濕環(huán)境下容易吸附水分，導(dǎo)致熱導(dǎo)系數(shù)升高，隔熱性能降低，因此，制備疏水氣凝膠是解決這一問題的有效途徑。研究者們通過原位法和表面后處理法，采用甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷和六甲基二硅胺烷等疏水改性劑制備疏水二氧化硅氣凝膠及其隔熱復(fù)合材料。然而，這些常用的疏水改性劑存在沸點(diǎn)低、易燃、有毒以及操作安全性差的問題，在與空氣接觸或改性過程中會(huì)釋放出hcl、nh3等有毒有害氣體。在航空航天、石油化工領(lǐng)域中，二氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料在更高溫度仍需保持良好的疏水性能，當(dāng)前制備的疏水氣凝膠制備工藝較為復(fù)雜，且疏水基團(tuán)的耐溫性有待提高，迫切需要開發(fā)能在更高溫度下保持疏水性能的氣凝膠隔熱復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚離子液體改性的耐高溫疏水氣凝膠的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)疏水氣凝膠制備工藝復(fù)雜、耐高溫性能差、與空氣接觸或改性過程中會(huì)釋放有毒有害氣體的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于聚離子液體改性的耐高溫疏水氣凝膠的制備方法，具體步驟如下：

4、步驟1：將硅源、酸性催化劑、醇類溶劑在30～65℃的條件下反應(yīng)2-8小時(shí)獲得硅溶膠，調(diào)節(jié)硅溶膠ph值為3-6；其中，硅源、酸性催化劑、醇類溶劑的摩爾比為(5～6)：15：(90～110)；

5、步驟2：將步驟1得到的硅溶膠與堿性催化劑混合得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的ph值為6.7-9；硅溶膠與堿性催化劑的摩爾比為100:(0.5～1.5)；

6、步驟3：將步驟2得到混合液與基材復(fù)合，室溫靜置4-150min，使二氧化硅溶膠凝膠化，形成復(fù)合濕凝膠；混合液與基材的體積比為(1～1.5):1；

7、步驟4：將步驟3得到的復(fù)合濕凝膠浸泡于醇類溶劑中，在40-65℃下老化5-24h，老化完成后置于二氧化碳超臨界萃取釜中進(jìn)行干燥，最終獲得二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈；

8、其中，在步驟1的硅源中加入至少一種疏水改性劑；和/或，在步驟3中，在復(fù)合濕凝膠浸泡于醇類溶劑中后加入至少一種疏水改性劑；疏水改性劑為聚r-乙烯基硅烷咪唑離子液體、聚r-丙烯硅烷離子液體、聚r基硅氧烷離子液體中的一種或幾種，r為c1～20烷基碳鏈；按照體積百分比計(jì)算，疏水改性劑加入的總體積在醇類溶劑中的體積占比為1～10％。

9、優(yōu)選地，所述硅源為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一種或幾種。

10、優(yōu)選地，酸性催化劑為鹽酸、草酸、檸檬酸、硝酸、乙酸中的一種或幾種；酸性催化劑的濃度為0.01～1mol/l。

11、優(yōu)選地，堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種；堿性催化劑的濃度為0.01～5mol/l。

12、優(yōu)選地，醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇中的一種或幾種。

13、優(yōu)選地，所述二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈的疏水性＜4％。

14、優(yōu)選地，所述二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈在600℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)＜0.055w/(m·k)。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

16、1、本發(fā)明在對(duì)疏水氣凝膠制備方法進(jìn)行深入研究后意外發(fā)現(xiàn)，采用聚r-乙烯基硅烷咪唑離子液體、聚r-丙烯硅烷離子液體或聚r基硅氧烷離子液體等作為疏水改性劑，由于這些化合物中含有長鏈烷基(c1～20)，這使得改性后的氣凝膠氈具有極低的質(zhì)量吸水率(低于4％)，所述氣凝膠氈不僅在室溫條件下具有優(yōu)異的疏水特性，即使在高濕度環(huán)境下也能保持優(yōu)異的疏水特性。

17、2、本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)，通過所述制備方法引入聚離子液體后，聚離子液體擁有更高的沸點(diǎn)，這意味著它們可以在更高溫度下保持化學(xué)結(jié)構(gòu)的完整性而不分解，這一特性也使得到的氣凝膠氈具備了極為優(yōu)異的耐高溫性能，可長時(shí)間耐受600℃左右的高溫而不會(huì)失去功能，這對(duì)于那些要求嚴(yán)格隔熱保護(hù)的應(yīng)用場景非常重要，例如航空航天、工業(yè)爐襯里以及汽車排氣系統(tǒng)等領(lǐng)域。

18、3、本發(fā)明所述制備方法在引入聚離子液體時(shí)，通過聚離子液體分子之間存在較強(qiáng)的相互作用力，有效增強(qiáng)了氣凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)，進(jìn)而提高了氣凝膠整體的力學(xué)性能，使制備得到的氣凝膠氈還具有更大的柔韌性和抗壓強(qiáng)度(可達(dá)5mpa)；同時(shí)，通過調(diào)整制備過程中使用的聚離子液體種類及比例，還能夠控制所得氣凝膠氈的微觀結(jié)構(gòu)，包括孔徑大小和分布，使氣凝膠氈的耐高溫性能進(jìn)一步提升。

技術(shù)特征：

1.一種基于聚離子液體改性的耐高溫疏水氣凝膠的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述硅源為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述酸性催化劑為鹽酸、草酸、檸檬酸、硝酸、乙酸中的一種或幾種；酸性催化劑的濃度為0.01～1mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種；堿性催化劑的濃度為0.01～5mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇中的一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述基材為玻璃纖維、陶瓷纖維、玄武巖纖維、莫來石纖維中的一種或幾種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈的疏水性＜4％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈在600℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)＜0.055w/(m·k)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于聚離子液體改性的耐高溫疏水氣凝膠的制備方法，具體步驟如下：將硅源、酸性催化劑、醇類溶劑在30～65℃的條件下反應(yīng)2?8小時(shí)獲得硅溶膠，調(diào)節(jié)硅溶膠pH值為3?6；將得到的硅溶膠與堿性催化劑混合得到混合液，調(diào)節(jié)混合液的pH值為6.7?9；將得到混合液與基材復(fù)合，室溫靜置4?150min，使二氧化硅溶膠凝膠化，形成復(fù)合濕凝膠；將復(fù)合濕凝膠浸泡于醇類溶劑中，在40?65℃下老化5?24h，老化完成后置于二氧化碳超臨界萃取釜中進(jìn)行干燥，最終獲得二氧化硅耐高溫疏水氣凝膠氈。

技術(shù)研發(fā)人員：李宗彩,徐妥夫,陳翠翠,熊風(fēng),武少卿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中化學(xué)華陸新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15