專利名稱：：含碳化合物的凝膠組合物的制作方法
技術領域：
：本發明涉及新型凝膠組合物。凝膠和其制備方法是眾所周知的。本文中使用的術語“凝膠”包括氣凝膠，干凝膠，水凝膠和現有技術中已知的其它凝膠。術語“氣凝膠”由S.S.Kistler的US2188007進行了描述，通常是指已在超臨界溫度/壓力條件下進行干燥的凝膠。凝膠尤其是氣凝膠有廣泛的應用，它們包括絕熱和隔音材料、催化劑支撐體和載體、過濾器、分子篩和電子部件。堆積密度低的凝膠在許多應用領域中使用時是特別有利的。因為它們的堆積密度低，所以氣凝膠已成為選擇用于許多應用領域的凝膠。但是，正如上文所說的，氣凝膠通常是采用超臨界干燥制備的，這就要求使用比較昂貴的工藝設備和條件。對于某些應用來說，例如吸附劑，更為有利的是使用堆積密度高的凝膠。本發明提供了一種新型凝膠組合物，它們與至今已知的凝膠相比具有改進的性能特性。本發明的凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的碳組分。碳組分可以選自下列物質可附著到凝膠組分上的炭黑，碳纖維，活性炭和石墨碳。必要時可以對碳組分進行改性，以使碳組分附著到本發明凝膠組合物的凝膠組分上。優選地，對碳組分進行化學改性。本發明還涉及新型凝膠組合物，它們包含凝膠組分和附有至少一個有機基團的炭黑產品，有機基團包括a)至少一個芳基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的芳基直接附著到炭黑上。在下面本發明的詳細描述部分還涉及了炭黑產品的制備方法，和優選的新型凝膠組合物的實施方案。本發明還包括一種新型凝膠組合物，它們包含凝膠組分和附有至少一個有機基團的炭黑產品，有機基團包括a)至少一個C1-C12烷基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的烷基直接附著到炭黑上。在下面本發明的詳細描述部分還涉及了炭黑產品的制備方法，和優選的新型凝膠組合物的實施方案。在本發明凝膠組合物中使用的合適凝膠組分包括金屬氧化物凝膠，例如硅膠，二氧化鈦凝膠和氧化鋁凝膠等；和聚合物凝膠，例如間苯二酚甲醛(R-F)凝膠，蜜胺甲醛(M-F)凝膠和苯酚-糠醛(P-F)凝膠等。優選的凝膠組分是金屬氧化物凝膠。凝膠組合物中碳組分的用量將取決于凝膠組合物的最終用途。在本發明凝膠組合物中碳組分的用量一般為1-99％(重量)。在要求制備堆積密度低的凝膠組合物時，本發明凝膠組合物中的碳組分的用量為1-50％(重量)，優選地為10-20％(重量)。而當要求制備堆積密度高的凝膠組合物時，本發明凝膠組合物中的碳組分的用量為50-99％(重量)，優選地為75-85％(重量)。本文所使用的術語“堆積密度”是指凝膠顆粒重量除以顆粒總體積的值。本發明的凝膠組合物可以有利地用于各方面，而這些用途對于凝膠組合物的現有技術中那些熟練的技術人員來說已知的。本發明的凝膠組合物特別適用于下列領域，它們包括絕緣材料，包括絕熱、電絕緣和隔音材料。特定添加劑，包括平光劑、增稠劑、填料和增強劑。吸附劑催化劑支撐體隔膜過濾器輻射檢測器涂料，包括耐熱涂料電介質，包括低K電介質。在下文本發明的詳細描述部分，進一步地詳述了本發明的凝膠組合物，其制備方法和其用途。從下面的更為詳細的描述中，本發明凝膠組合物的優點對于現有技術中的那些熟練技術人員來說將更為明顯。圖1是在實施例5中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖2是在實施例8中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖3是在實施例14中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖4是在實施例18中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖5是在實施例19中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖6是在實施例20中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖7是在實施例21中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。圖8是在實施例22中制備的由庚烷干燥的凝膠組合物的斷裂面的SEM圖。如上所述，本發明的凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的碳組分。所附的掃描電子顯微鏡圖示出了附著到凝膠組分上的特定碳組分。圖1是不包含碳組分的凝膠組合物的斷裂面的SEM。圖2是包含碳組分但是未附著到凝膠組分上的凝膠組合物的斷裂面的SEM。與之相反，圖3是包含碳組分并且附著到凝膠組分上的凝膠組合物的斷裂面的SEM。在下面的實施例部分更詳細地解釋了圖1-3，并且解釋了圖4-8。另外，碳組分被附著到凝膠組分上的本發明凝膠組合物的擦掉(Rub-off)特征比碳組分未被附著到凝膠組分上的類似的凝膠組合物的低。在下面的實施例部分進一步詳述了有關的擦掉性。本發明的凝膠組合物的碳組分可以選自下列的物質，它們是可附著到凝膠組分上的炭黑，可附著到凝膠組分上的碳纖維，可附著到凝膠組分上的活性炭和可附著到凝膠組分上的石墨碳。某些碳組分將不能附著到凝膠組分上，除非對它們進行改性。優選地，碳組分可按下列方法進行化學改性。一種可附著的碳組分可以通過在液體反應介質中將碳組分與重氮鹽進行反應而制備，以將至少一個有機基團附著到碳組分的表面上。優選的反應介質包括水，任何含水介質和任何含醇介質。水是最優選的介質。在與本發明相同申請日，于1994年12月15日提出的題為“炭黑與重氮鹽的反應，所制備的碳黑產品和其用途”的美國專利申請中描述了經改性的碳組分和其各種制備方法，這里引入本文作為參考之用。在與本發明相同申請日，于1994年12月15日提出的題為“炭原料與重氮鹽的反應和所制備的碳產品”的美國專利申請中也描述了經改性的碳組分和其各種制備方法，這里引入本文作為參考之用。在下文中描述了采用炭黑作為碳組分制備在本發明凝膠組合物中使用的可附著的碳組分的方法。除了炭黑外，可采用類似的方法制備可附著的碳組分。為了制備可附著的炭黑，僅要求重氮鹽具有足夠的穩定性，以使其能與炭黑進行反應。因此，可采用某些另外被認為是不穩定的重氮鹽進行反應，并使其進行分解。某些分解過程可以和炭黑和重氮鹽之間的反應競爭，并且可以降低附著到炭黑上的有機基團的總數。另外，反應可以在提高的溫度下進行，在該溫度下許多重氮鹽對分解是敏感的。提高的溫度也有利于增加重氮鹽在反應介質中的溶解度，并且在工藝過程中改進其操作。但是提高的溫度會由于其它分解過程而損失部分重氮鹽。當有易于攪拌的含水漿料的稀釋劑或適量的用于炭黑造粒的水存在時，可以使炭黑與重氮鹽進行反應。必要時，可以采用常規的造粒工藝來形成炭黑顆粒。優選的可以附著到炭黑上的有機基團是以作為官能團的離子基團或可離子化基團取代的有機基團。可離子化的基團是在使用介質的情況下能形成離子基團的基團，離子基團可以是陰離子基團或陽離子基團和可形成陰離子或陽離子的可離子化的基團。形成陰離子的可離子化官能團包括例如酸性基團或酸性基團的鹽。因此，有機基團包括由有機酸產生的基團。優選地，當它包含形成一種陰離子的可離子化基團時，這種有機基團具有a)芳基或C1-C12烷基和b)至少一種pKa小于11的酸性基團，或至少一種pKa小于11的酸性基團的鹽，或至少一種pKa小于11的酸性基團和至少一種pKa小于11的酸性基團的鹽的混合物。酸性基團的pKa是指有機基團作為整體而不僅僅是酸性取代基的pKa。更優選地，pKa小于10，最優選地，pKa小于9。優選地，有機基團的芳基或C1-C12烷基被直接附著到炭黑上，芳基可以進一步地被例如烷基取代或未被取代，C1-C12烷基可以是支鏈或直鏈的，優選地是乙基。更優選地，有機基團是苯基或萘基，酸性基團是磺酸基，亞磺酸基，膦酸基或羧酸基團。實例包括-COOH，-SO3H和-PO3H2，和其鹽，例如-COONa，-COOK，-COO-NR4+，-SO3Na，-HPO3Na，-SO3-NR4+和PO3Na2，其中R是烷基或苯基。特別優選的可離子化取代基是-COOH和-SO3H和其鈉和鉀鹽。更優選地，有機基團是取代或未取代的磺苯基或其鹽；取代或未取代的(多磺)苯基或其鹽；取代或未取代的磺萘基或其鹽；或取代或未取代的(多磺)萘基或其鹽。優選的取代磺苯基是羥基磺苯基或其鹽，具有能夠形成陰離子的可離子化官能團的具體有機基團是對-磺苯基，4-羥基-3-磺苯基和2-磺乙基。胺是代表形成陽離子基團并可被連接到相同的有機基團上的可離子化官能團的實例，正如上文對形成陰離子的可離子化基團討論的一樣。例如可使胺在酸性介質中質子化以形成銨基團。優選地，具有胺取代基的有機基團的pKb小于5。季銨基團(-NR3+)和季磷鎓基團(-PR3+)也是代表陽離子基團的實例，并且正如上文對形成陰離子的可離子化基團討論的一樣，它們可被連接到相同的有機基團上。優選地，有機基團包含芳基，例如苯基或萘基和季銨或季磷鎓基團。芳基優選地被直接附著到炭黑上。季銨化的環胺和季銨化的芳胺也可以用作為有機基團，因此，在這種情況下，可使用N取代的吡啶鎓化合物，例如N-甲基-吡啶基。具有附著用離子基團或可離子化基團取代的有機基團的炭黑產品的一個優點是，與相應的未經處理的炭黑相比，該炭黑產品可以增加水分散性。通常，炭黑產品的水分散性隨著附著到炭黑上具有可離子化的有機基團的數量或附著到指定有機基團上的可離子化基團的數量的增加而增加。因此，增加與炭黑產品相聯的可離子化基團的數量將增加其水分散性，并可控制水分散性至所要求的水平。可以注意到含有胺作為附著到炭黑上的有機基團的炭黑產品的水分散性可以通過酸化含水介質而增加。當制備水分散的可附著的炭黑產品時，優選地是將離子基團或可離子化基團在反應介質中離子化，所得到的產品溶液或漿料可以在應用時稀釋或在使用前進行稀釋。另外可按在常規炭黑的技術中使用的方法將炭黑產品進行干燥，這些技術包括(但不限于)在爐中或旋轉窯中進行干燥。但是過分的干燥會引起水分散性的降低。在炭黑產品不太易于象所要求的那樣分散在含水賦形劑中的情況下，可采用常規已知技術例如粉磨或研磨來分散炭黑產品。與傳統的炭黑顏料相反，化學改性的可附著的炭黑產品易于分散在含水介質中，化學改性的可附著的炭黑產品不需要常規的研磨過程，也不需要加入分散劑以達到適用的分散。優選地，化學改性的可附著的炭黑產品只需要低剪切攪拌或混合以易于將顏料分散在水中。由可附著的炭黑產品形成顆粒最好是采用常規的濕法，針形(pin)造粒法進行。所制成的顆粒通過低的剪切攪拌或混合易于分散在水中，從而減少或避免了所需的研磨或使用分散劑。本發明還包括新型凝膠組合物，它們包含凝膠組分和具有附著有至少一個有機基團的炭黑產品，有機基團包含a)至少一個芳基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的芳基被直接附著到炭黑上。優選地，離子或可離子化基團選自以下物質羧酸或其鹽；磺酸或其鹽；和季銨鹽。優選地，有機基團選自以下基團磺苯基或其鹽；對磺苯基或其鹽；和羧基苯基或其鹽。在本發明凝膠組合物的各實施方案中使用的炭黑產品可以參照可附著的碳組分的產生而按上述方法制備。本發明進一步包括新型凝膠組合物，它們包含凝膠組分和具有附著至少一種有機基團的炭黑產品，有機基團包含a)至少一個C1-C12烷基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的烷基被直接附著到炭黑上。優選地，離子或可離子化基團選自以下物質乙烷磺酸或其鹽。在本發明凝膠組合物的各實施方案中適用的炭黑產品可以參照可附著的碳組分的產生而按上述方法制備。本發明的凝膠組合物可以按現有技術中用于制備凝膠組合物的任何已知方法制備。例如，本發明的凝膠組合物可以按有關醇鹽體系的下列方法制備1)將所需的凝膠組分的前體(在該實施例中為醇鹽)溶解在乙醇中；2)向該溶液中加入水，以使醇鹽與水的摩爾比約為1；3)向制成的溶液中加入酸，以使水與酸的摩爾比約為1∶0.0007，從而制備溶膠；4)向溶膠中加入碳組分；5)加入催化劑(一般是酸或堿)以起動溶膠的膠凝；6)使所得到的凝膠在一個模子中于50℃下老化約24小時；7)用水沖洗得到的凝膠，以用水置換出溶劑組分，然后將凝膠在水中在升高的溫度(最高達100℃，優選地為約70℃)下老化達24小時；8)用溶劑沖洗經老化的凝膠，以除去水并用溶劑置換出水；9)干燥獲得的凝膠，形成本發明的凝膠組合物。適于在本發明凝膠組合物中使用的凝膠前體包括(但不限于)現有技術中已知的金屬氧化物凝膠前體，例如金屬氧化物作為凝膠前體的形式SiO2醇鹽，硅酸鈉，膠體TiO2醇鹽，膠體Al2O3醇鹽，膠體，鋁酸鈉，鹽特定前體的選擇是根據所要求的凝膠類型來確定。下面進一步詳述了本發明凝膠組合物的制備方法，并在以下的實施例部分給出了典型的制備方法。正如上文所述的，本發明的凝膠組合物可在對于凝膠組合物來說任何已知的應用領域中使用。作為本
技術領域：
中普通熟練的技術人員應該認識到，本發明的特定凝膠組合物是否適于在特定應用領域中使用將取決于凝膠組合物的特性，例如摻入到組合物中的碳原料量和組合物的堆積密度。本發明凝膠組合物的典型用途包括(但不限于)絕緣材料應用本發明凝膠組合物可有利地應用于下列熱絕緣材料，電絕緣材料和/或聲絕緣材料領域。熱絕緣材料本發明的凝膠組合物可作為疏松填料摻入到熱絕緣材料中。另外，本發明的凝膠組合物也可以與選自下列物質的原料混合硅酸鈣，無機纖維，金屬氧化物粉末，聚合物泡沫體和玻璃纖維等，并將混合物摻入到熱絕緣材料中。另外，本發明的凝膠組合物可以在真空下用于熱絕緣材料中。電絕緣材料本發明的凝膠組合物可以摻入到聚合物組合物中，以用作電絕緣材料。聲絕緣材料本發明的凝膠組合物可以作為疏松填料摻入到聲絕緣材料中。另外，本發明的凝膠組合物可以與其它材料例如纖維素或聚合物泡沫組合，并將組合物作為填料摻入到聲絕緣材料中。特定的添加劑應用本發明的凝膠組合物可以用作特定的添加劑，例如增稠劑、平光劑、填料或增強劑。所包括的各種實例如下增稠劑本發明的凝膠組合物可以作為增稠劑在顏料組合物和油墨中使用。本發明的無毒凝膠組合物也可以作為增稠劑在食品中使用。平光劑術語“平光劑”是指使油漆、清漆或膜的涂料成品黯淡或無光澤的一種組合物。本發明的凝膠組合物可用作大漆、半光澤清漆、搪瓷或乙烯基膜的平光劑。填料本發明的凝膠組合物可以用作為水泥、粘合劑和天然或合成橡膠組合物的填料。增強劑本發明的凝膠組合物也可用作聚合組合物例如模塑閘襯中和天然或合成橡膠組合物中的增強劑。吸附劑本發明的凝膠組合物可以用作液體、氣體或蒸汽吸附的材料。催化劑支撐體本發明的凝膠組合物還可用作粉末金屬或金屬氧化物催化劑材料的基質支撐體。隔膜本發明的凝膠組合物也可用作為選擇液體、氣體或蒸汽分離的材料。過濾器本發明的凝膠組合物可以用于顆粒過濾的材料。輻射檢測器本發明的凝膠組合物可用于輻射檢測器例如Cherenkov輻射檢測器中檢測輻射。耐熱涂料本發明的凝膠組合物可以以薄膜形式用作絕熱涂層。低K電介質本發明的凝膠組合物可以在電介質材料例如低介電常數材料中使用。本專業領域的普通技術人員從上面所列出的用途中應該認識到本發明的凝膠組合物可以在許多到目前為止使用普通凝膠組合物的應用領域(盡管不完全是)中使用。還應該認識到上面所列出的并不詳盡，而僅僅是代表本發明凝膠組合物的許多潛在的用途。本發明的各個方面和具體實施方案的效果和優點將通過下面的實施例作進一步的闡述，其中采用下列實驗操作。在實施例中使用的炭黑的氮表面積(N2SA)用米2/克(m2/g)表示，按照ASTM實驗操作D3037方法A進行測定。在實施例中使用的炭黑的鄰苯二甲酸二丁酯吸附值(DBP)用毫升/100克炭黑(ml/100g炭黑)表示，按照ASTMD2414中所列的操作步驟進行測定。在實施例中使用的炭黑的平均初始顆粒大小用納米(nm)表示，按照ASTMD3849中所列的操作步驟進行測定。采用由HitachiCorporation生產和銷售的HitachiS570掃描電子顯微鏡拍攝掃描電子顯微鏡圖，每個SEM圖采用了20千伏的功率，放大25000倍。用下面的操作步驟測定改性和未改性炭黑的含水殘余量。用45克水搖動炭黑(5克)達5分鐘，將所得到的分散體倒入篩子中，用水漂洗直到洗液呈無色，若無其它說明使用325目篩子。在干燥篩子后，稱重篩子上的殘余量并以本實驗中使用的炭黑的百分數表示。凝膠組合物的堆積密度和擦掉性用下列操作步驟進行測定堆積密度在圓柱形模具中澆注和形成凝膠。在全部情況下，在干燥時保持凝膠的圓柱形。通過物理測量干凝膠的尺寸而確定凝膠的總體積。稱重干凝膠并除以幾何體積而確定堆積密度。在棒狀幾何結構未被保持而在驗證上述方法的情況下，使用汞代替。用汞代替測定凝膠組合物的堆積密度按如下方法進行。在干凈的空玻璃杯中裝入汞至特定的高度，稱重玻璃杯，然后倒出汞，再次洗凈玻璃杯。接著，將已經稱重的干凝膠試樣置于玻璃杯中，按照前面的方法將汞加入玻璃杯中至相同的特定高度，稱重含汞和試樣的杯的重量。然后，根據汞的密度將這兩種情況下的汞的重量轉換成體積。裝在空杯中的汞體積和裝在裝有試樣的杯中的汞體積的差值稱之為置換體積。由于汞不濕潤試樣，所以該體積等于試樣的總體積。然后，用試樣的重量除以置換體積來確定密度。擦掉性按下列方法測定凝膠組合物的擦掉特性。將特定尺寸(直徑約6毫米，高25毫米)的干凝膠采用手動壓力在白布上沿著25毫米長度方向滾動幾次至2-3英寸。然后將碳沉積的相對程度與灰色標度產生的已校正的計算機進行比較。計算機產生了變化的灰色陰影和取決于灰色程度的從0到50給定的數。隨著數從0增加到50，灰色程度增加。在將凝膠施加到布上后，目視比較所沉積的碳和計算機圖和相應給定的灰色標度數，低的數目對應于低的擦掉性。該擦掉值與SEM圖結合起來用于確定碳材料是否附著到了凝膠組分上。下面的實施例詳細描述了改性的碳材料和凝膠組合物的生產方法，包括從醇鹽前體和硅酸鈉前體生產的本發明的凝膠組合物。實施例在下面的實施例中使用三個炭黑，CB-A，CB-B和CB-C。按照上述操作標準確定各炭黑的分析特性，結果示于下列表1中表1-炭黑分析特性<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="758">炭黑N2SA(m2/g)DBP(ml/100g)平均初始顆粒大小(nm)CB-A24130130CB-B2307016CB-C56012016</table></tables>碳材料的改性實施例1-4描述了改性碳材料，尤其是炭黑的方法。這些實施例也給出了用于制備其余實施例中所使用的改性炭黑，即改性CB-A，改性CB-B，酚(Phenolic)CB-B和改性CB-C的操作步驟。實施例1本實施例描述了使用在上述表1中定為CB-A的炭黑而制備改性的炭黑產品。向在21克水中的10.1克磺胺酸和6.23克濃硝酸溶液中加入200克CB-A，將在10克水中的4.87克NaNO2溶液加入到快速攪拌的混合物中。在與炭黑反應的過程中就地形成氫氧化4-磺基苯重氮內鹽。15分鐘后，在爐中在125℃下干燥沉淀物。所制成的炭黑產品稱為“改性CB-A”，并是一種具有附著4-C6H4SO3-基團的炭黑。實施例2本實施例描述了使用在上述表1中定為CB-B的炭黑而制備改性的炭黑產品。將由36.2克磺胺酸，8.76克NaOH和162克水制備的溶液在冰上冷卻。在攪拌的同時加入20克NO2。將所制成的懸浮液溫熱到75℃，并立即加入到裝有300克CB-B的造粒機中。在造粒3分鐘后，再加入35克水。再造粒2分鐘后，從造粒機中取出產品，并在約125℃的爐中進行干燥。與94％未進行反應的炭黑相比，該產品的325目殘余量為0.14％。所制成的炭黑產品稱為“改性CB-B”，并且是一種附著4-C6H4SO3-基團的炭黑。實施例3本實施例描述了采用上述表1中定為CB-B的炭黑而制備與實施例2不同的改性炭黑產品。將5-氨基-2-羥基苯磺酸(1.89克)溶解在100克溫水中，加入10克CB-B，使混合物冷卻至室溫。加入濃鹽酸(1.18克)，然后加入0.85克亞硝酸鈉的水溶液，在與炭黑進行反應的過程中就地形成重氮鹽。在攪拌15分鐘后，在125℃的爐中干燥所獲得的分散液。與94％未進行反應的炭黑相比，該產品的325目殘余量為0.06％。所制成的炭黑產品稱為“酚CB-B”，并且是一種附著4，3-C6H4(OH)(SO3-)基團的炭黑。實施例4本實施例描述了采用上述表1中定為CB-C的炭黑而制備的改性炭黑產品。將200克CB-C與2.8升水混合，將磺胺酸(42.4克)溶解到攪拌的混合物中，然后在快速攪拌的同時加入在100克水中的25.5克NO2冷卻溶液。在與炭黑反應的過程中就地形成氫氧化4-磺基苯重氮內鹽。釋放出氣泡。在攪拌1小時后，將5克NO2直接加入到混合物中。攪拌分散液15分鐘，靜置過夜，并在130℃的爐中干燥。所制成的炭黑產品稱為“改性CB-C”，并是一種附著4-C6H4SO3-基團的炭黑。正如下面的實施例所闡述的，改性炭黑，改性CB-A，改性CB-B，酚CB-B和改性CB-C可附著到凝膠組分上并用于形成本發明的凝膠組合物。為了對比起見，使用未經改性的炭黑，即CB-A，CB-B和CB-C而制備了凝膠組合物。醇鹽凝膠前體(高達50％，按填料重量(固體)計)實施例實施例5-22是僅僅用醇鹽前體制備的凝膠，并且醇鹽的用量少于或等于碳組分的50％重量(固體)。實施例5將61ml(毫升)原硅酸四乙酯(純度98％)，61ml乙醇，4.87ml去離子水和0.2ml的1M鹽酸在500ml圓底燒瓶中劇烈攪拌混合而制備濃縮硅溶膠。將燒瓶置于加熱罩中，將該混合物在70℃下冷凝回流2小時。冷卻所制成的含15％SiO2(重量)的溶膠并儲存在5℃下直到使用。在凝膠化前，溫熱溶膠至室溫，用乙醇稀釋來調節濃度，以使所制成的混合物含11％SiO2(重量)。這個過程可以通過將70％(體積)原溶膠與30％(體積)乙醇混合來完成。通過加入0.5MNH4OH，開始進行凝膠化，其氨與溶膠的體積比為1∶10。在加入氨后，攪拌混合物2-5分鐘，然后將其澆鑄到圓柱形管中。在7-10分鐘內發生凝膠化。為防止干燥，將凝膠密封在模子中并在50℃下老化24小時。在老化開始后，從模子中取出凝膠，置于裝有去離子水的密封管中，再于70℃下老化24小時。在將凝膠從爐子中取出時，用去離子水漂洗幾次。然后將凝膠置于裝有丙酮的密封管中，并使其在50℃下交換孔流體(原生水)10小時。在10小時結束時，用丙酮漂洗凝膠，重復該過程共3次。在漂洗3次后，將部分凝膠直接從丙酮中干燥，首先在50℃下干燥12小時，然后在140℃下再干燥12小時。所制成的凝膠有些收縮，各自具有的堆積密度為0.5-0.6g/cm3。將剩余的凝膠置于裝有庚烷的密封管，使其在50℃下交換孔流體10小時。在10小時結束時，用庚烷漂洗凝膠，重復該過程共3次。在漂洗3次后，將凝膠直接從庚烷中干燥，首先在70℃下干燥12小時，然后在140℃下再干燥12小時。這些凝膠保持了其圓柱形形狀，具有少許收縮，各自具有的堆積密度為0.4-0.44g/cm3。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法進行測定的。結果示于下列表2和3中。實施例6本實施例描述了含有本文中稱為“CB-A”的未改性炭黑組分凝膠組合物的制備過程，它所具有的分析特性示于表1中。在本實施例中，除一個步驟外基本上重復實施例5的步驟。在凝膠開始形成前，向溶膠中加入特定量的CB-A，其中的溶膠已被稀釋到70％(體積)原溶膠和30％(體積)乙醇。計算炭黑的加入量，以使所保持的總固含量相同，從而使炭黑的加入量實際上代替了等量的二氧化硅。在該實施例中，所要求的固含量是11％，剛好如實施例5。因此，11％的固體中，95％由二氧化硅組成，剩余的5％固體是以游離炭黑加入的。為了使固含量保持相同，用適量的乙醇稀釋溶膠，以計算出調節的二氧化硅含量。一旦相對比率被確定，就將適量炭黑攪拌加入到溶膠中達5-10分鐘。將CB-A分散到溶液中，以使溶液中5％總固含量是CB-A，并用二氧化硅平衡。正如在上述實施例中所述的，凝膠化開始。為促進凝膠化所用的體積比保持在1∶10，剩余的堿濃度為0.5M。正如在上述實施例中所述的，加入氨，劇烈攪拌2-5分鐘，從而使CB-A分散，然后將其澆鑄到圓柱形管中。在8-12分鐘內，發生凝膠化。然后將凝膠在50℃下老化24小時，取出澆鑄體，在70℃的去離子水中再老化24小時。隨后凝膠按實施例5中描述的用丙酮和庚烷進行溶劑交換干燥。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法進行測定的。結果示于下列表2和3中。實施例7-11重復實施例6的步驟，只是CB-A的用量從總固體量的10增加到50％，用二氧化硅平衡。在各實施例中使用的炭黑的具體用量(按總固體量的百分數計)示于下列表中當CB-A的量從10％改變到20％時，濕凝膠明顯地增強。對于給定的溶劑來說，干凝膠的收縮減小，隨著CB-A的含量增加，堆積密度變小。與炭黑含量無關的一個因素是各干凝膠的擦掉特性。在處理含CB-A的干凝膠時，顯著量的殘余炭黑從材料中沉積到用來處理它們的手套上和周圍的介質上。另外，對于用CB-A制備的凝膠來說，碳粉的磨損率是相當大的。凝膠的擦掉特性和大量的磨損率表明有未附著到凝膠組分上的炭黑存在。各實施例中，用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性按照本文描述的方法進行測定。結果示于下列表2和3中。實施例12本實施例描述本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在本實施例中，基本上重復實施例6-11中所使用的步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例1中的改性CB-A。如實施例6所示的，將改性CB-A分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中5％的總固含量是改性CB-A，并用二氧化硅平衡。然后加入氨制備一組凝膠，按如上描述的相同方法進行老化，按實施例7-11所述用丙酮和庚烷進行溶劑交換并干燥。經改性的CB-A更易于分散，并且就其凝固特性來說，剩余的分散時間比未經改性的CB-A長。濕狀態下的凝膠看起來比沒有炭黑的那些凝膠更強，而比包含未改性CB-A的凝膠略強。但是，對于給定的溶劑來說，由改性CB-A制成的材料的堆積密度較低。更重要的是觀察到擦掉特性顯著降低，表明該炭黑是活化地摻入到凝膠網絡中的，并附著到凝膠組分上。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例13-17本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。重復實施例12的步驟，只是改性CB-A的用量從總固體的10％增加到50％，用二氧化硅平衡。在各實施例中使用的炭黑的具體用量(按總固體的百分數計)示于下表中</tables>當與用未改性的CB-A制備的凝膠進行比較時，實施例13-17中摻入了改性CB-A的干凝膠的收縮減小，對于給定溶劑來說，隨著改性CB-A的含量增加，堆積密度變小。另外，與用未改性CB-A制備的凝膠相比，對于給定的溶劑和改性CB-A含量來說，濕凝膠實際上更強，而干凝膠的堆積密度更低。整個改性CB-A凝膠系列的另一個顯著的特征是在擦掉特性上有明顯的差異。在處理干凝膠時，與用未改性CB-A制備的凝膠組合物相比，沉積在手套和周圍介質上的殘余碳量明顯地減小。用改性CB-A制備的凝膠的碳粉磨損率與用未改性CB-A制備的凝膠相比也明顯地降低。這些結果表明改性CB-A是附著到凝膠組分上。各實施例中用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例18在本實施例中，基本上重復實施例6-12中的操作步驟，只是采用不同的炭黑，即“CB-B”，它所具有的分析特性示于表1中。正如上述實施例中所述的，將CB-B分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中15％的總固含量是CB-B，并用二氧化硅平衡。按照實施例5中所述的，加入氨，進行老化，溶劑交換并干燥而制備一組凝膠。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例19本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在本實施例中，基本上重復實施例18中的操作步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例2的改性CB-B。正如上述實施例中所述的，按照確定的措施沖洗改性CB-B，并將它們分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中15％的總固含量是改性CB-B，并用二氧化硅平衡。然后按照前面所述的相同方法制備一組凝膠，老化，按前面實施例所述用丙酮和庚烷進行溶劑交換并干燥。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例20本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在本實施例中，基本上重復實施例19中的操作步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例3的酚CB-B。正如上述實施例中所述的，沖洗酚CB-B，并將它們分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中15％的總固含量是酚CB-B，并用二氧化硅平衡。然后按照上面實施例的方法，加入氨制備一組凝膠，進行溶劑交換并干燥。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例21在本實施例中，基本上重復實施例5-21中的操作步驟，只是采用不同的炭黑，即“CB-C”，它的分析特性示于表1中。正如上述實施例中所述的，將CB-C分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中15％的總固含量是CB-C，并用二氧化硅平衡。按照上述實施例中所述的，加入氨制備一組凝膠，進行溶劑交換并干燥。用丙酮和庚烷干燥的典型凝膠試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。實施例22本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。本實施例中，基本上重復實施例21中的操作步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例4的改性CB-C。正如上述實施例中所述的，沖洗改性CB-B并將它們分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中15％的總固含量是改性CB-B，并用二氧化硅平衡。按照上述實施例中所述的，加入氨制備一組凝膠，進行溶劑交換并干燥。用丙酮和庚烷干燥的凝膠典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表2和3中。表2-在丙酮中干燥的醇鹽前體凝膠(≤50％碳)表3-在庚烷中干燥的醇鹽前體凝膠(≤50％碳)</tables>SEM圖號掃描電子顯微鏡圖序號正如SEM圖所示的，在實施例14的本發明凝膠組合物的圖3，實施例19的本發明凝膠組合物的圖5，實施例20的本發明凝膠組合物的圖6和實施例22的本發明凝膠組合物的圖8中，改性炭黑被附著到本發明凝膠組合物中的二氧化硅凝膠組分上。正如圖3，5，6和8所示，在這些凝膠組合物的SEM的斷裂面上沒有出現或出現了最少量的附著碳組分(改性炭黑)的清楚的聚集體。這些結果表明改性炭黑在幾個位置附著到二氧化硅凝膠組分上，并且二氧化硅與炭黑的鍵合比在常規凝膠組合物中的二氧化硅與二氧化硅的鍵合更強，其常規凝膠組合物中不包含附著到凝膠組分上的碳組分。相反，如圖2，4和7中所示的，凝膠組合物的斷裂面顯示出明顯的炭黑聚集體，其中的凝膠組合物包含未附著到凝膠組分上的碳組分。在這些凝膠組合物中，炭黑未附著到硅膠組分上。硅酸鈉凝膠前體(高達50％，按填料重量(固體)計)實施例實施例23-28是關于用硅酸鈉前體制備的凝膠，其用量低于或等于碳組分的50％重量(固體)。實施例23將從市場購買的硅酸鈉(SiO2/Na2O摩爾比為3.22∶1)與去離子水混合，制備二氧化硅貯備溶液，水與硅酸鈉的體積比為1.33∶1。在一個有夾套的燒杯中劇烈攪拌下使混合物的溫度保持在15℃。用水稀釋濃硫酸(96％)，制備含2MH2SO4的另一溶液。然后向50ml經攪拌的2M酸中緩慢加入104ml硅酸鈉貯備溶液的等分試樣，使硅酸鹽的加入速度恒定在1ml/分鐘，并使夾套的燒杯中的酸溶液保持在15℃。所得到的硅溶膠在鹽溶液中含約10％二氧化硅。通過控制加入1MNaOH直到溶膠的PH達到5而完成凝膠化。這里，將溶膠劇烈攪拌1分鐘，然后澆注到圓柱形管中。在5分鐘內發生凝膠化，為防止干燥，使管密封。將凝膠在模子中，于50℃下老化1-2分鐘，隨后將它們置于含有去離子水的密封管中并保持在室溫下。每隔3小時加入新鮮的水共計達12小時，在此時確定(通過插入鈉電極)硫酸鈉鹽已經完全從凝膠中除去。然后將凝膠在70℃的去離子水中老化24小時。在將凝膠從爐子中取出時，用去離子水漂洗幾次，置于裝有丙酮的密封管中，使其在50℃下交換孔液體10小時。在10小時結束時，用丙酮漂洗凝膠，并貯存在50℃下的新鮮丙酮中。重復該過程三次。在這三次間隔后，將凝膠置于裝有庚烷的密封管，使其交換孔液體10小時。在10小時結束時，用庚烷漂洗凝膠，并將其貯存在50℃下的庚烷中。重復該過程三次。在這三次間隔后，直接從庚烷中干燥凝膠，首先在70℃干燥12小時，然后在140℃再干燥12小時。所獲得的干凝膠保持了其圓柱形形狀，具有的收縮最小。凝膠組合物的典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表4中。實施例24本實施例說明了凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物含有未改性的炭黑組分，即“CB-A”，具有的分析特性示于表1中。基本上重復實施例23的步驟但有某些操作變化。在開始形成凝膠前，向溶膠中加入具體量的特定炭黑，CB-A(如實施例6-11)，計算加入的炭黑量，以使所保持的總固含量相同，從而使炭黑的加入量實際上代替等量的二氧化硅。在該實施例中，所要求的固含量為10％，剛好如實施例23。因此，10％的固體中，90％由二氧化硅組成，剩余的10％固體是以游離炭黑(CB-A)加入的。為了使固含量保持相同，用適量的去離子水稀釋溶膠，以計算出調節的二氧化硅含量。一旦相對比率被確定，就將適量炭黑攪拌加入到溶膠中達5-10分鐘。在該實施例中，將CB-A分散到含有與硫酸結合的硅酸鈉的溶液中，以使溶液中10％總固含量是CB-A，并用二氧化硅平衡。正如在實施例23中所述的，通過用1MNaOH將pH增加到最終的5而使凝膠化開始。如實施例23，在凝膠化后，將材料在50℃下老化1-2小時，將其從模子中取出，然后在室溫下沖洗掉其中的鹽12小時。接著將載荷凝膠如實施例23所述進行溶劑交換并由庚烷中干燥。凝膠組合物典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法進行測定的。結果示于下列表4中。實施例25本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在該實施例中，基本上重復實施例24中使用的步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例1中的改性CB-A。將改性CB-A分散到裝有丙酮的燒杯中，真空過濾，然后用去離子水重復漂洗，直到漂洗水的pH接近中性。在140℃下干燥改性CB-A12小時。如實施例24，將改性CB-A分散到含有與硫酸結合的硅酸鈉的溶液中，以使溶液中10％的總固含量是改性CB-A，并用二氧化硅平衡。與未改性的CB-A相反，由于表面基團的穩定性，要限制改性CB-A的加入。只有在pH值大于3時，才將改性CB-A加入到溶膠中，從而能保持表面改性。因此，通過控制加入1MNaOH，小心地使pH上升到3，并將適量的改性CB-A分散到溶膠中。如上文所述，通過控制加入1MNaOH直到溶膠的pH達到5而實現凝膠化。在凝膠化后，如上文所述，將材料在50℃下老化1-2小時，從模子中取出，然后在室溫下沖洗掉鹽12小時。隨后將凝膠組合物在70℃的去離子水中老化至多24小時，然后如前面的實施例所述的，將部分凝膠進行溶劑交換并從庚烷中干燥。凝膠組合物典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表4中。實施例26本實施例中，基本上重復實施例24中使用的操作過程，只是采用不同的炭黑，即“CB-B”，具有的分析特性示于表1中。在開始形成凝膠前，向溶膠中加入一定量的CB-B如上述。計算加入的CB-B量，以使所保持的總固含量相同，從而使CB-B的加入量實際上替代等量的二氧化硅。在該實施例中，所要求的固含量為10％，剛好如實施例23。因此，10％的固體中，90％由二氧化硅組成，剩余的10％固體是以游離CB-B加入的。為了使固含量保持相同，用適量的去離子水稀釋溶膠，以計算出用于調節的二氧化硅含量。一旦相對比率被確定，就將適量炭黑攪拌加入到溶膠中達5-10分鐘。在該實施例中，將CB-B分散到含有與硫酸結合的硅酸鈉的溶液中，以使溶液中10％總固含量是CB-B，并用二氧化硅平衡。正如在上述實施例中所述的，通過用1MNaOH將pH增加到最終的5而使凝膠化開始。在凝膠化后，如前面所述，將材料在50℃下老化1-2小時，將其從模子中取出，然后在室溫下沖洗掉其中的鹽12小時。接著將凝膠組合物在70℃的去離子水中老化至多24小時。然后如上述實施例所述，將部分凝膠組合物進行溶劑交換并從庚烷中干燥。凝膠組合物典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法進行測定的。結果示于下列表4中。實施例27本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在該實施例中，基本上重復實施例26中使用的步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例2中的改性CB-B。將改性CB-B分散到裝有丙酮的燒杯中，真空過濾，然后用去離子水重復漂洗，直到漂洗水的pH接近中性。在140℃下干燥改性CB-B12小時。如實施例24，將改性CB-B分散到含有與硫酸結合的硅酸鈉的溶液中，以使溶液中10％的總固含量是改性CB-B，并用二氧化硅平衡。與未改性的CB-B相反，由于表面基團的穩定性，要限制改性CB-B的加入。只有在pH值大于3時，才將改性CB-B加入到溶膠中，從而能保持表面改性。因此，通過控制加入1MNaOH，小心地使pH上升到3，并將適量的改性CB-B分散到溶膠中。如上文所述，通過控制加入1MNaOH直到溶膠的pH達到5而實現凝膠化。在凝膠化后，如上文所述，將材料在50℃下老化1-2小時，從模子中取出，然后在室溫下沖洗掉鹽12小時。隨后將凝膠組合物在70℃的去離子水中老化至多24小時，如前面的實施例所述的，將部分凝膠進行溶劑交換并從庚烷中干燥。凝膠組合物典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表4中。實施例28本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在該實施例中，基本上重復實施例26中使用的步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例3中的酚CB-B。將酚CB-B分散到裝有丙酮的燒杯中，真空過濾，然后用去離子水重復漂洗，直到漂洗水的pH接近中性。在140℃下干燥酚CB-B12小時。如實施例24，將酚CB-B分散到含有與硫酸結合的硅酸鈉的溶液中，以使溶液中10％的總固含量是酚CB-B，并用二氧化硅平衡。與未改性的CB-B相反，由于表面基團的穩定性，要限制酚CB-B的加入。只有在pH值大于3時，才將酚CB-B加入到溶膠中，從而能保持表面改性。因此，通過控制加入1MNaOH，小心地使pH上升到3，并將適量的酚CB-B分散到溶膠中。如上文所述，通過控制加入1MNaOH直到溶膠的pH達到5來實現凝膠化。在凝膠化后，將材料在50℃下老化1-2小時，從模子中取出，然后在室溫下沖洗掉鹽12小時。隨后將凝膠組合物在70℃的脫離子水中老化至多24小時，然后如前面的實施例所述的，將凝膠進行溶劑交換并從庚烷中干燥。凝膠組合物典型試樣的堆積密度和擦掉特性是按本文所述的方法測定的。結果示于下列表4中。表4硅酸鈉前體凝膠(≤50％碳)實施例序號炭黑量％干燥溶劑堆積密度g/cm3擦掉性23無無庚烷0.20-24CB-A10庚烷0.222525改性CB-A10庚烷0.211526CB-B10庚烷0.191627改性CB-B10庚烷0.19728酚CB-B10庚烷0.212.5</table></tables>醇鹽前體(大于50％，按填料重量(固體)計)實施例實施例29-34是關于用醇鹽前體和大于50％重量(固體)的碳組分制備的凝膠。實施例29重復實施例11的步驟，只是將CB-A的用量增加到60％的總固含量，并改變老化和干燥步驟。如上所述，加入適量的CB-A，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量。按與上述實施例5-22的相同方式開始凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中在50℃下老化24小時。所不同的是不是用水沖洗并在70℃下老化，而是接著直接將這些凝膠從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，然后在140℃下干燥10小時。所制成的產品大部分是包含細粉的松散體。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例30本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在本實施例中，基本上重復實施例29中的操作步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例1的改性CB-A。正如上述實施例中所述的，沖洗改性的CB-A，并將它們分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中60％的總固含量是改性CB-A，并用二氧化硅平衡。如前面所述，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。按照實施例29通過在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，然后在140℃下老化10小時直接從母液中干燥出凝膠。所得產品呈固態，一部分顆粒實際上很硬。幾乎沒有碳粉存在，當與實施例29中用未改性的碳材料制備的凝膠制品進行比較時，該凝膠制品是耐用的并且具有粘附性。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例31該實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。重復實施例30中的操作步驟，只是將改性CB-A的用量增加到70％的總固含量，用二氧化硅平衡。如前面所述，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，接著直接從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，再在140℃下干燥10小時。所得顆粒很硬，并易于處理而不會破碎或產生粉末。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例32在本實施例中，基本上重復實施例29中的操作步驟，只是采用不同的炭黑，即“CB-C”，具有的分析特性示于表1中。將CB-C分散到部分水解的二氧化硅溶液中，以使溶液中80％的總固含量是CB-C，并用二氧化硅平衡。如前面所述，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，接著直接從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，再在140℃下干燥10小時。所得制品與實施例29類似，即形成弱的，破碎的凝膠，大部分由碳粉組成。網絡是不相連的，缺乏本發明凝膠組合物的實施例中所看到的整體結構。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例33本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。在該實施例中，基本上重復實施例32中的操作步驟，只是凝膠組合物中摻入了實施例4中的改性CB-C。如上述實施例所述，沖洗改性的CB-C，然后將它們分散到部分水解的二氧硅溶液中，以使溶液中的80％的總固含量是改性CB-C，用二氧化硅平衡。如前面所述，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，接著直接從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，再在140℃下干燥10小時。所得制品是顆粒，外觀和整體上與實施例30和31中的極為類似。只有少量的碳粉存在，凝膠是很粘附的。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例34本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。重復實施例33中的操作步驟，只是將凝膠組合物中的改性CB-C的用量增加到85％的總固含量。如前面所述，加入適量改性CB-C，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，接著直接從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，再在140℃下干燥10小時。所得顆粒易于處理而不破碎或產生粉末。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。實施例35本實施例說明了本發明凝膠組合物的制備過程，該凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的炭黑。重復實施例33中的操作步驟，只是將凝膠組合物中所用的改性CB-C的用量增加到90％的總固含量。如前面所述，加入適量的改性CB-C，用乙醇稀釋溶膠，以保持恒定的總固含量，并按類似的方式開始進行凝膠化。然后將凝膠在密封的圓柱形模子中于50℃下老化24小時，接著直接從母液中干燥，首先在50℃下干燥10小時，再在140℃下干燥10小時。所得顆粒易于處理而不破碎或產生粉末。所得產品的典型試樣的堆積密度按本文描述的方法測定，結果示于下列表5中。表5-醇鹽前體凝膠(＞50％碳)實施例29-35的結果說明本發明的凝膠組合物，實施例30，31和33-35是用附著到凝膠組分上的碳組分制備，是粘附固體。相反，用未附著到凝膠組分上的碳組分制備的凝膠組合物，實施例29和32則分離。這些結果說明，對于本
技術領域：
的普通熟練技術人員來說，與分離的實施例29和32的凝膠組合物相比，本發明的凝膠組合物實施例30，31和33-35有利于用作吸附劑。總的來說，上述實施例的SEM和擦掉性數據說明了在本發明的凝膠組合物中，碳組分(改性CB-A，改性CB-B，酚CB-B和改性CB-C)是附著到凝膠組分上。特別是，在實施例12-17，19-20，22，25和27-28中制備的具有附著到凝膠組分上的碳組分的本發明的凝膠組合物具有的擦掉性比在實施例6-11，18，21，24和26中制備的碳組分未被附著到凝膠組分上的類似凝膠組合物的低。盡管上文中沒有給出數據，但是，與在實施例29和32中制備的碳組分未被附著到凝膠組分上的凝膠組合物相比，對于在實施例30-31和33-35中制備的具有附著到凝膠組分上的碳組分的凝膠組合物來說，類似的結果可以預見。同樣地，SEM圖，特別是實施例14的本發明凝膠組合物的圖3，實施例19的本發明凝膠組合物的圖5，實施例20的本發明凝膠組合物的圖6和實施例22的本發明凝膠組合物的圖8說明了在本發明的凝膠組合物中，改性炭黑被附著到硅膠組分上。正如圖3，5，6和8中所示的，在這些凝膠組合物的SEM斷面上，極少量或沒有附著的碳組分(改性炭黑)以明顯的聚集體形式存在。這些結果指明改性炭黑在幾處的位置上被附著到硅膠組分上，二氧化硅與炭黑的鍵合比在常規凝膠組合物中的二氧化硅與二氧化硅的鍵合更強，而常規凝膠組合物不含有附著到凝膠組分上的碳組分。與之相反，正如圖2，4和7中所示的，包含未附著到凝膠組分上的碳組分的凝膠組合物的SEM斷面示出了炭黑的明顯聚集體。在這些凝膠組合物中，炭黑未被附著到硅膠組分上。應該清楚地明白本文中所描述的本發明的形式僅是用于說明本發明，而不是對本發明范圍的限制。權利要求1.凝膠組合物包含附著到凝膠組分上的碳組分。2.根據權利要求1的凝膠組合物，其中碳組分選自可附著到凝膠組分上的炭黑，可附著到凝膠組分上的碳纖維，可附著到凝膠組分上的活性炭和可附著到凝膠組分上的石墨碳。3.根據權利要求1的凝膠組合物，其中碳組分是可附著到凝膠組分上的炭黑。4.根據權利要求1的凝膠組合物，其中凝膠組分選自金屬氧化物凝膠和聚合物凝膠。5.根據權利要求4的凝膠組合物，其中金屬氧化物凝膠組分選自硅膠，氧化鈦凝膠和氧化鋁凝膠。6.根據權利要求1的凝膠組合物，其中凝膠組分是二氧化硅。7.根據權利要求3的凝膠組合物，其中凝膠組分是二氧化硅。8.根據權利要求4的凝膠組合物，其中聚合物凝膠選自間苯二酚甲醛凝膠，蜜胺甲醛凝膠和酚-糠醛凝膠。9.凝膠組合物包含凝膠組分和具有附著至少一個有機基團的炭黑產品，有機基團包含a)至少一個芳基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化的基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的芳基被直接附著到炭黑上。10.根據權利要求9的凝膠組合物，其中有機基團選自磺苯基或其鹽和羧苯基或其鹽。11.根據權利要求9的凝膠組合物，其中有機基團是對-磺苯基或其鹽。12.根據權利要求9的凝膠組合物，其中離子的或可離子化的基團選自羧酸或其鹽，磺酸或其鹽和季銨鹽。13.根據權利要求9的凝膠組合物，其中凝膠組分選自金屬氧化物凝膠和聚合物凝膠。14.根據權利要求9的凝膠組合物，其中凝膠組分是二氧化硅。15.凝膠組合物包含凝膠組分和具有附著至少一個有機基團的炭黑產品，有機基團包含a)至少一個C1-C12烷基，和b)至少一個離子基團，至少一個可離子化的基團，或離子基團和可離子化基團的混合物，其中至少一個有機基團的烷基被直接附著到炭黑上。16.根據權利要求15的凝膠組合物，其中離子的或可離子化的基團選自乙烷磺酸或其鹽。17.根據權利要求15的凝膠組合物，其中凝膠組分選自金屬氧化物凝膠和聚合物凝膠。18.根據權利要求15的凝膠組合物，其中凝膠組分是二氧化硅。19.熱絕緣材料包含有附著到凝膠組分上的碳組分的凝膠組合物。20.根據權利要求19的熱絕緣材料，其中碳組分是可附著到凝膠組分上的炭黑，其中凝膠組分是二氧化硅。全文摘要含有可附著到凝膠組分上碳組分的新型凝膠組合物,優選地,碳組分選自炭黑、碳纖維、活性炭和石墨碳;凝膠組分選自金屬氧化物凝膠和聚合物凝膠。也公開了一種新型凝膠組合物,包含:冷膠組分和具有附著至少一個有機基團的炭黑產品,有機基團包含a)至少一個芳基,和b)至少一個離子基團,至少一個可離子化的基團,或離子基團和可離子化基團的混合物,其中至少一個有機基團的芳基被直接附著到炭黑上。還公開了新型凝膠組合物,包含:凝膠組分和具有附著至少一個有機基團的炭黑產品,有機基團包含a)至少一個C文檔編號C08K3/04GK1173144SQ95197422公開日1998年2月11日申請日期1995年12月14日優先權日1994年12月15日發明者拉爾夫·U·伯斯,詹姆斯·A·貝爾蒙特,戴維·J·考爾,道格拉斯·M·史密斯,威廉·M·阿克曼申請人:卡伯特公司