氣凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種二氧化娃氣凝膠的制備工藝，特別是一種利用常壓干燥技術制備 具有納米多孔結構和殺菌功能的二氧化娃氣凝膠的方法，屬于納米多孔材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 氣凝膠是一種高度多孔性的納米材料，是目前世界上質量最輕、隔熱性能最好 的固體材料。由于二氧化娃氣凝膠具有高比表面積（400~1500m2/g)、高孔隙率（80~ 99.8%)、低密度（0.003~0.6邑/畑13)和低熱導率（0.013~0.038胖/1111〇等特點，使得二氧 化娃氣凝膠在耐高溫隔熱材料、超低密度材料、聲阻抗禪合材料、氣體吸附和過濾材料、催 化劑載體材料、藥物載體材料等領域具有非常廣闊的應用前景。通常制備Si〇2氣凝膠的方 法是超臨界干燥，例如CN102583407A和CN102642842B公開了使用超臨界干燥制備氣凝膠 的方法，其通過超臨界流體置換掉濕凝膠中的溶劑，最終干燥后能夠很好的保持凝膠原有 的結構。但是，通常超臨界干燥需要用到特殊的設備，在高壓高溫下操作，一方面使得設備 昂貴，操作困難，成本高；另一方面存在重大的安全隱患。因此，雖然氣凝膠具有W上提及的 優異性能，但是由于制備成本高，從而限制了其在日常生活中的廣泛應用。
[0003] 為此，大量研究的重點著重于降低Si〇2氣凝膠的生產成本，例如CN101503195、 CN102020285A和CN103043673A分別公開了使用常壓干燥制備氣凝膠的方法；通過多次和 多種溶劑交換將凝膠孔道內的液體交換成為低表面張力的溶劑，如正己焼等，再將孔道的 表面由親水性改性為疏水性，大大減小了凝膠孔道內的毛細管力，從而在干燥的過程中凝 膠的收縮很小，基本上可W保持原有形態。但是，由于常壓干燥需要多次的凝膠孔道溶劑交 換和表面疏水化處理，制備周期長，操作繁瑣，很難實現產業化生產。
[0004] 另一方面，對Si化氣凝膠的功能化改性的研究也局限于學術領域，如何實現工業 化生產功能化Si化氣凝膠，例如導電性能、磁性、光致變色功能等，是一個有待決絕的問題。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的不足，本發明的主要目的在于提出一種具有工藝簡單、生產周 期短、成本低等特點，且只需簡單設備即可施行的常壓干燥制備具有殺菌功能的Si〇2氣凝 膠，即銀納米線與Si02復合氣凝膠的方法，從而實現具有殺菌功能的Si02氣凝膠的工業化 生產。
[0006] 本發明的另一目的在于提供一種具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠，其中由于銀納米線 的存在，使得所述氣凝膠具有潛在的導電功能W及消毒殺菌能力，在作為保溫隔熱材料的 同時，還具有空氣凈化的功能。
[0007] 為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案如下：
[0008] -種具有殺菌功能的Si化氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將正娃酸醋部分水解，形成具有不同聚合度的多聚娃氧焼；
[0010] (2)將所述多聚娃氧焼、銀納米線醇溶液、醇、堿催化劑混合均勻，靜置形成銀納米 線/Si〇2復合醇凝膠；
[0011] (3)將所述銀納米線/Si化復合醇凝膠攬碎至粉末或顆粒狀后，與液態焼或氣代焼 混合攬拌，置換出所述醇凝膠中的醇，獲得焼凝膠；
[0012] (4)將所述焼凝膠與疏水劑和液態焼的混合溶液混合攬拌，獲得疏水焼凝膠；
[0013] (5)將所述疏水焼凝膠常壓干燥，即可獲得具有殺菌功能的Si02氣凝膠。
[0014] 作為較為優選的實施方案之一，步驟（1)具體包括；將正娃酸醋、水及醇混合，并 加入水解催化劑形成混合反應體系，在水解溫度下反應化W上，獲得所述多聚娃氧焼。
[0015] 進一步的，所述正娃酸醋與水的摩爾比優選為1:0. 8~1:2. 0。
[0016] 進一步的，所述醇與正娃酸醋的體積比優選為1:5~10:1。
[0017] 進一步的，所述正娃酸醋可選自正娃酸己醋、正娃酸甲醋中的任一種或者兩種的 組合，且不限于此。
[0018] 進一步的，所述水解催化劑可選自鹽酸、硫酸、磯酸、硝酸、醋酸、草酸、巧樣酸中的 任一種或者兩種W上的組合，且不限于此。
[0019] 進一步的，所述水解溫度優選控制在室溫至所述有機溶劑的回流溫度。
[0020] 進一步的，步驟（1)中所述混合反應體系內水解催化劑的濃度優選在10imol/LW 內。
[0021] 進一步的，步驟（2)中醇和多聚娃氧焼的體積比在25:1~0.01:1范圍內。
[0022] 進一步的，所述醇優選采用碳原子數少于8的小分子醇。
[0023] 進一步的，所述堿催化劑可選自氨氧化鋼、氨氧化鐘、尿素、氨水、H己胺的任一種 或者兩種W上的任意組合，且不限于此。
[0024] 進一步的，步驟似中所述銀納米線的醇溶液中含有2~60wt%銀納米線，而所述 銀納米線的醇溶液用量為多聚娃焼的1~50% (體積）。
[00巧]進一步的，步驟（2)中所述堿催化劑的用量在所述醇或麗凝膠總體積的15%W內。
[0026] 進一步的，所述銀納米線的長度在500納米到10微米，直徑在20到500納米。
[0027] 進一步的，所述銀納米線的醇溶液所用溶劑包括己二醇。
[0028] 作為較為優選的實施方案之一，步驟（3)具體包括；將液態焼或氣代焼與醇凝膠 按50:1~1:100的體積比混合并攬拌，其中攬拌速度為100~8000巧m，攬拌溫度為室溫~ 焼沸點溫度，攬拌時間為IhW上，置換出所述醇凝膠中的醇，獲得焼凝膠。
[0029] 進一步的，所述液態焼或氣代焼優選采用碳原子數《8的液態焼或氣代焼。
[0030] 作為較為優選的實施方案之一，步驟（4)具體包括；將體積比為50:1~1:100的 疏水劑和液態焼的混合溶液與焼凝膠混合攬拌，攬拌速度為10~SOOOrpm,攬拌溫度控制 在室溫到液態焼的沸點溫度，攬拌時間控制在IhW上，獲得所述疏水焼凝膠。
[0031] 進一步的，所述疏水劑和液態焼的混合溶液中疏水劑的體積百分比含量優選為 0. 5%~50%。
[0032] 進一步的，所述疏水劑可選自甲基二甲氧基娃焼、二甲基甲氧基娃焼、二甲基二氯 娃焼、六甲基二娃氮焼、六甲基二娃氮胺焼的任一種或者兩種W上的的任意組合，且不限于 此。
[0033] 進一步的，步驟巧）中常壓干燥的方式包括鼓風干燥或旋轉干燥，干燥溫度優選 為 80〇C~30(TC。
[0034] 利用前述的任一種方法所制備的具有殺菌功能的Si化氣凝膠。
[0035] 優選的技術方案是；所述Si化氣凝膠具有納米多孔結構，并且所述氣凝膠的密度 范圍為0. 085~0. 250g/cm3,熱導率在0. 020~0. 0450W/mK之間，比表面積在200~900m7 g之間，銀納米線質量含量在0.Ol%~10%之間。
[0036] 進一步的，所述具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠包含主要由Si〇2形成的凝膠骨架及分 散于所述凝膠骨架內的銀納米線，優選的，其中銀納米線的含量為0. 0Iwt%~IOwt%。
[0037] 進一步的，所述具有殺菌功能的Si化氣凝膠具有納米多孔結構（平均孔徑6至15 納米），同時所述氣凝膠的密度為0. 085~0. 250g/cm3,熱導率為0. 020~0. 0450W/mK，比 表面積為200~900m2/g。
[0038] 相對于現有技術中的方案，本發明的優點包括；（1)銀納米線在溶膠狀態加入，使 得銀納米線與凝膠骨架混合均勻，提高穩定性的同時對氣凝膠的比表面積、孔徑、孔容等性 能不造重要成影響；（2)銀納米線的引入，賦予Si化氣凝膠導電性能、消毒殺菌功能、W及 空氣凈化功能等。
【附圖說明】
[0039]圖IA-圖IC分別為本發明實施例1所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫 吸脫附曲線圖，紅外光譜圖和SEM電鏡圖；
[0040]圖2為本發明實施例2所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖；
[0041]圖3為本發明實施例3所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖；
[0042]圖4為本發明實施例4所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖；
[0043]圖5為本發明實施例5所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖；
[0044]圖6為本發明實施例6所獲具有殺菌功能的Si〇2氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖。
【具體實施方式】
[0045] 鑒于現有技術中的缺陷，本案發明人經長期研究和大量實踐，提出了本發明的技 術方案，其主要是W正娃酸醋為原料制成各種聚合度的多聚娃氧焼（亦可簡稱為CS硅油） 為娃源，通過將娃源、銀納米線醇溶液、醇W及堿催化劑混合均勻，靜置凝膠，然后將濕凝膠 攬碎成顆粒或粉末，之后用低表面張力的液態焼或氣代焼置換，并使用疏水劑改性，通過常 壓過濾或離必，最后干燥，得到殺菌功能化Si化氣凝膠粉體。
[0046] 藉由本發明的技術方案，可W實現具有殺菌功能的Si化氣凝膠的常壓連續化生 產，生產周期短，能源消耗少，對環境影響小，并且所獲殺菌功能化Si〇2氣凝膠的密度為 0. 085~0. 250g/cm3,熱導率在0. 020~0. 0450W/mK之間，比表面