一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶、改性方法及应用

本发明涉及二氧化硅气凝胶材料，具体涉及一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶、改性方法及应用。

背景技术：

1、气凝胶是一种纳米级多孔固态材料，具有极低的密度和极高的孔隙度，孔径分布范围一般为20nm-50nm，低于空气自由程的70nm，因此导热系数极低，在保温材料中具有明显优势。氧化硅气凝胶是目前唯一商品化的气凝胶，传统市售产品为气凝胶毡、气凝胶板等，主要应用在军事、航天航空和石油化工等保温领域。近年来，随着氧化硅气凝胶生产成本的不断下降，其应用场景逐步转向民用，如气凝胶隔热涂料、气凝胶保温砂浆、气凝胶防火涂料、气凝胶水性分散膏等。但市售的氧化硅气凝胶表面一般是强疏水状态，这是为防止水分子进入孔道，而导致氧化硅气凝胶隔热性能的丧失；但目前氧化硅气凝胶的民用产品绝大多数都是水体系，因此强疏水的氧化硅气凝胶基本不能在水性乳液中分散，大大影响了最终产品的隔热保温性能。因此开发低成本的疏水性二氧化硅气凝胶表面改性工艺，使其可在水性乳液中均匀分散且同时保持氧化硅气凝胶低导热系数是急需解决的技术难题。

2、cn 201610490955.9报道了一种氧化硅气凝胶脱甲基化的表面改性方法，是在氮气气氛中，以三溴化硼和碘化镁等为脱甲基试剂，以二氯甲烷等为脱甲基溶剂，并经过碱性水洗、酸碱调节等步骤，可在室温条件下脱去氧化硅气凝胶表面的甲基疏水基，从而实现氧化硅气凝胶在水性体系中的分散。该方法试剂成本昂贵，表面改性和后处理过程复杂，因此工业上难以实现。

3、cn201610214863.8报道了一种气凝胶水性隔热涂料及其制备方法，正己烷、甘油以及去离子水为表面亲水改性混合溶液；通过疏水性二氧化硅气凝胶浸渍法，以实现疏水性二氧化硅气凝胶的表面改性和在水性体系中的分散。该方法工艺过程较为简单，试剂价格较低，但实际改性结果并不理想，改性后的氧化硅气凝胶没有分散，大部分依然漂浮在水性体系表面，不具有工业价值。

4、cn202010744813.7、cn201910259897.2、cn202210855843.4等则报道了采用各种结构的亲水性硅烷偶联剂对疏水性二氧化硅气凝胶的表面改性。该类方法对疏水性二氧化硅气凝胶的表面改性效果较好，改性后的氧化硅气凝胶可在水性体系中均匀分散，但该类方法试剂成本昂贵，反应过程复杂，且会造成氧化硅气凝胶导热性能的下降，对最终产品的保温隔热性能产生不良影响，工业价值不高。

5、郭迪、丁逸栋等则各自报道了一种采用低速分散、高速分散和研磨分散相结合，并在分散剂协同作用下，可实现疏水性二氧化硅气凝胶在水体系中的均匀分散的方法。该类方法的基本思路是通过物理研磨来降低氧化硅气凝胶的粒径，并在分散剂降低水相体系表面张力的作用下，以实现疏水性二氧化硅气凝胶在水体系的高度分散。该类方法虽然不经过表面改性，氧化硅气凝胶在水体系中分散效果也较好，但工艺过程复杂，研磨分散时间较长，能耗较大，工业价值较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶、改性方法及应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶的改性方法，所述改性方法为：以二氧化硅气凝胶作为原料，在空气气氛下，以2℃/min-20℃/min的升温速率升温至220℃-260℃，并在220℃-260℃的温度下焙烧1h-3h从而得到能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶。

4、优选地，所述二氧化硅气凝胶为疏水性二氧化硅气凝胶。

5、一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶由上述所述的改性方法制备而成。

6、优选地，所述的二氧化硅气凝胶能够在水性乳液中均匀分散。

7、优选地，所述水性乳液为水泥乳液、石膏乳液、砂浆乳液、纯丙乳液、苯丙乳液以及硅丙乳液中的一种。

8、优选地，所述的二氧化硅气凝胶室温下导热系数为0.0258w/(m·k)-0.0268w/(m·k)。

9、优选地，所述的能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶在民用保温材料中的应用。

10、本发明的有益效果：

11、本发明所提出的二氧化硅气凝胶的改性方法，成本较低，工艺过程简单，改性后的二氧化硅气凝胶能够在多种水性乳液中均匀分散，且其导热系数未见明显降低，不会对最终产品产生不良影响，具有明显的工业价值。

技术特征：

1.一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶的改性方法，其特征在于，所述改性方法为：以二氧化硅气凝胶作为原料，在空气气氛下，以2℃/min-20℃/min的升温速率升温至220℃-260℃，并在220℃-260℃的温度下焙烧1h-3h，从而得到能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶。

2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述二氧化硅气凝胶为疏水性二氧化硅气凝胶。

3.一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶由权利要求1-2任一所述改性方法制备而成。

4.根据权利要求3所述的一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶，其特征在于，所述的二氧化硅气凝胶能够在水性乳液中均匀分散。

5.根据权利要求3所述的一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶，其特征在于，所述水性乳液为水泥乳液、石膏乳液、砂浆乳液、纯丙乳液、苯丙乳液以及硅丙乳液中的一种。

6.根据权利要求3所述的一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶，其特征在于，所述的二氧化硅气凝胶室温下导热系数为0.0258w/(m·k)-0.0268w/(m·k)。

7.如权利要求3所述的能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶在民用保温材料中的应用。

技术总结本发明涉及二氧化硅气凝胶材料技术领域，具体涉及一种能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶、改性方法及应用；所述改性方法为：以二氧化硅气凝胶作为原料，在空气气氛下，以2℃/min‑20℃/min的升温速率升温至220℃‑260℃，并在220℃‑260℃的温度下焙烧1h‑3h从而得到能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶；所述的能够在水性乳液中均匀分散的二氧化硅气凝胶在民用保温材料中应用。本发明所提出的二氧化硅气凝胶的改性方法，成本较低，工艺过程简单，改性后的二氧化硅气凝胶能够在多种水性乳液中均匀分散，且其导热系数未见明显降低，不会对最终产品产生不良影响，具有明显的工业价值。技术研发人员：沈万玉,王学辉,黄嘉欣,汪箭受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13