一种氧化锆块体气凝胶的制备方法

摘要

本发明涉及一种ZrO2块体气凝胶的制备方法，采用锆无机盐为原料，结合阴离子交换技术和溶胶-凝胶技术，以环氧化物为凝胶促进剂制备ZrO2凝胶，并通过螯合剂、分散剂、干燥控制剂等的添加调整凝胶网络和孔结构的均匀性，通过凝胶老化工艺的改进增强凝胶网络骨架强度，再结合高温超临界干燥工艺，制备出了高强度、低密度、低导热系数的ZrO2块体气凝胶。本发明的目的在于提供一种以廉价、对人体无害的锆无机盐为原料制备高性能块体ZrO2气凝胶的方法，使其在高温隔热材料领域有广阔的应用前景。

主权项

一种ZrO2块体气凝胶的制备方法，其特征是步骤如下：1）前驱体溶液配制：于10‑35℃的温度下，将锆无机盐溶解于醇溶剂和水混合溶液中，搅拌使固体完全溶解，前驱体浓度为0.2~1mol/L，醇水混合溶液中水与醇的体积比为1：1~8；2）阴离子交换：在前驱体溶液中加入阴离子交换树脂，搅拌30~180min，静置2~24h，然后滤出树脂，得到离子交换后的前驱体溶液；阴离子树脂与步骤1）中所得前驱体溶液体积比为1:1~10；3）前驱体溶液改性：在步骤2）所得前驱体溶液中滴加螯合剂，搅拌5~30min混合均匀；然后滴加分散剂，搅拌5~30min；再滴加干燥控制剂，搅拌5~30min使其充分混合均匀；最后滴加环氧化物，搅拌5~40min，得ZrO2溶胶；原料摩尔比为锆无机盐：螯合剂：分散剂：干燥控制剂：环氧化物的=1:0.5~5:0.1~1:0.1~1:2~6；4）将步骤3）中制得的ZrO2溶胶，倒入模具中，待其凝胶，自倒入模具6~24h后脱模；5）对ZrO2块体凝胶进行表面改性：将步骤4）中所得ZrO2凝胶块体置于烧杯中，加入表面改性剂的乙醇溶液老化24~96h；表面改性剂浓度为10~80vol%，老化温度制度为20~75℃，得到改性后ZrO2块体凝胶；6）溶剂置换：将步骤5）所得改性ZrO2块体凝胶用低临界点溶剂浸泡2~5次，每次12~24h，以置换出凝胶网络结构中多余的表面改性剂和残留水；7）干燥：将步骤6）中所得ZrO2凝胶采用高温超临界流体干燥技术进行干燥，即得ZrO2气凝胶；超临界前用N2吹扫5~30min，预充N22~5MPa，超临界升温速率为0.5~3℃/min，保温时间为20~90min，超临界温度为234~270℃，超临界压力为4.8~9MPa泄压速率为0.01~0.1MPa/min，泄压结束后用N2吹扫釜体10~40min。