具体技术细节
[0011] 因此，为改善过去气凝胶粉末在塑料复合加工、纺织品后加工以及纤维纺丝过程中因气凝胶分散不均导致纤维纺丝容易断丝以及后加工产品性质下降等问题，本发明人提出一种结合官能基改质剂及气凝胶前躯体以制备生产纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒的制备方法，其包含下列步骤：(1)混合步骤：将一硅氧烷化合物(alkoxysilane)如四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane，TMOS)或四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)等混合官能基改质硅氧烷化合物(function group modified alkoxysilane)如甲基三硅酸甲 酯(Methyltr imethoxysilane ，MTMS) 或丙基胺三硅酸甲 酯(Aminopropyltriethoxysilane，APTE)并添加一有机混合溶剂，以形成一混合溶液，在此官能基改质气凝胶粉末制程中添加官能基改质剂以进行气凝胶体系中微细结构的官能基改质；(2)水解步骤：将酸触媒加入混合溶液，以进行水解反应，有些改质气凝胶制程可不需添加酸触媒即可进行水解，则无需添加酸触媒；(3)缩合分散步骤：将碱触媒加入混合溶液，以进行缩合反应，并在缩合反应过程中加入疏水性分散溶媒，并加以高速搅拌，使混合溶液于搅拌过程中形成粒径为10nm-500μm的分散水胶颗粒，随后在高速搅拌中使水胶颗粒凝胶化而形成10nm-500μm的稳定湿胶颗粒。于缩合分散步骤中控制硅氧烷化合物及官能基改质硅氧烷化合物以及表面官能基改质剂于混合溶液中的比例，并调控疏水性分散溶媒性质使官能基改质硅氧烷化合物的官能基可以呈现在气凝胶分子表面，随后在缩合中促使气凝胶分子聚集以形成粒径介于10nm-500μm之间的官能基改质湿胶颗粒。(4)进一步表面官能基改质步骤：在官能基改质湿胶颗粒分散体系中再加入表面改质剂进一步进行湿胶颗粒的表面改质，在此表面官能基改质步骤过程中再度添加表面官能基改质剂以进行气凝胶整体结构的外观表面改质，以确保气凝胶微细孔洞表面以及气凝胶主体表面均有充分的进行表面官能基改质。(5)溶剂蒸发干燥步骤：随后在常压下进行溶剂蒸发干燥，或先进行过滤再将过滤湿胶颗粒进行干燥，以生产具有特定官能基改质且粒径结构在10nm-500μm的均一改质气凝胶粉末。本技术整体制程简易且可制备表面官能基的气凝胶颗粒。制程速度可快速缩小至4至12小时内可制备完成表面官能基气凝胶颗粒粉末，借此提高生产效率。
[0012] 进一步地，官能基改质硅氧烷化合物类可分为亲水性官能基改质硅氧烷化合物以及疏水型官能基改质硅氧烷化合物，其中亲水性官能基改质硅氧烷化合物类为一种或多种选自于由下列所构成群组的物质混合：硅氧烷化合物(alkoxysilane)如四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane，TMOS)或四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)，亲水官能基化(R-)硅酸甲酯(R-TMS)或亲水官能基化(R-)硅酸乙酯(R-TES)，其中亲水官能基(R-)取代基团，其包含酸基-COOH、胺基-NH2、亚胺基-NH-、多胺基-NH-NH2、羟基-OH、酰胺基-CONH-、环氧基-COH-COH、尿基-NHCONH-、异氰酸酯-N＝C＝O以及异氰尿酸-N-CO-N-等各类亲水性官能基团改质，取代基团的碳数由C1至C8。
[0013] 进一步地，疏水型官能基改质硅氧烷化合物类为一种或多种选自于由下列所构成群组的物质混合：硅氧烷化合物(alkoxysilane)如四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane，TMOS)或四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，TEOS)，疏水官能基改质化(R’-)硅酸甲酯(R’-TMS)或疏水官能基改质化(R’-)硅酸乙酯(R’-TES)，其中疏水官能基改质(R’-)为由以下疏水性官能基团，其包含烷基-CH3、烯基-CH＝CH2、酯基-CO-O-、醚基-C-O-C-、芳香族基团-C6H4-、卤化物基团-X，其疏水基团上的碳数由C1至C13；R’-烯烷基硅胶如酸基聚二甲基硅胶(Polydimethylsiloxane，PDMS或DMDMS)或硅胶前驱物或R’-烯烷基硅偶合剂。
[0014] 进一步地，有机混合溶剂为一种或多种选自于由下列所构成群组的物质：水、醇类、胺类、酸类、酮类、醚类、酯类、芳香族类或烷类。
[0015] 进一步地，分散溶媒可依据制程需求包含亲水性官能基改质硅氧烷化合物分散溶媒及疏水性官能基改质硅氧烷化合物分散溶媒。在一般硅氧烷化合物以及亲水性官能基改质硅氧烷化合物混合物溶液进行缩合反应过程中添加一大量的分散溶媒：如水、醇类、酮类、醚类、酯类、芳香类以及有机卤化物类之一种或多种混合，可使气凝胶湿胶颗粒表层具亲水性官能基改质基团，如：-OH、-COOH或-NH2等官能基改质基团在分散溶媒的作用力促使下使亲水性官能基改质基团呈现在所制备的气凝胶湿胶颗粒外壳表层，经干燥后而形成亲水性官能基改质气凝胶颗粒。
[0016] 进一步地，在一般硅氧烷化合物以及疏水性官能基改质硅氧烷化合物混合物溶液进行缩合反应过程中添加大量分散溶媒：如水、醇类、酮类、醚类、酯类、芳香族类、烷类、卤化物芳香族类以及卤化物稀烃类之一种或多种混合，可使气凝胶湿胶颗粒表层呈现具疏水性基团，如：-CH3、-C2H5、-C6H5、CH2X、-C6H4X，所制备疏水性官能基基团在分散溶媒的作用力促使下使疏水性官能基改质基团呈现在所制备的气凝胶湿胶颗粒外壳表层，经干燥后而形成疏水性官能基改质气凝胶颗粒。
[0017] 进一步地，后续表面官能基改质：在混合官能基改质湿胶颗粒分散体系中再进一步加入表面改质剂进一步进行湿胶颗粒的官能基改质，在此官能基改质气凝胶粉末的目的进行混合官能基湿胶表面尚未改质的结构进一步进行表面官能基改质，使气凝胶整体结构的表面均官能基改质化，以确保提升气凝胶微细表面以及气凝胶主体表面的改质机能。
[0018] 进一步地，在本制程中利用一般常压高温方式进行溶剂蒸发及进行官能基改质气凝胶湿胶颗粒干燥。进行干燥后即可获得塑料复合或纺织纤维用官能基改质气凝胶粉末。整体制程简易且可制备粒径为10nm-500μm尺寸且可依据基材性质进行不同表面亲疏水性质的官能基改质气凝胶粉末。制程速度可快速缩小至3至12小时内且可连续生产制备具有特殊亲疏水性质官能基的官能基改质气凝胶粉末，借此提高生产效率。
[0019] 本发明具有下列功效：
[0020] 1.本发明的制备方法，于混合步骤过程中借由不同比例的硅氧烷化合物以及官能基改质硅氧烷化合物混合，即可生产微细结构表面拥有特殊官能基的气凝胶颗粒；包含亲水性以及疏水性官能基的官能基改质气凝胶，以获得塑料复合以及后加工性能优异或明显提高纤维纺丝性质的气凝胶颗粒，提高气凝胶粉末的实用性质。
[0021] 2.本发明制备方法的官能基改质气凝胶粉末颗粒，其中空孔率及孔洞大小可依制备条件(溶剂含量、溶剂黏度、酸触媒、碱触媒含量、分散溶媒成分、分散溶媒含量以及搅拌速率等)进行调控。
[0022] 3.本发明的制备方法于缩合分散步骤中借由大量分散溶媒进行快速搅拌，即可生产结构均一且粒径大小介于10nm-500μm的球型颗粒状官能基改质气凝胶颗粒，官能基改质气凝胶颗粒的外壳表层可为亲水性官能基也可为疏水性官能基的气凝胶颗粒，且其分散性优异可获得加工性能优异或明显提高纤维纺丝性质的气凝胶颗粒，提高气凝胶粉末的实用性质。4.本发明官能基改质气凝胶颗粒的外表可为亲水官能基团改质，因此使官能基改质气凝胶可轻易且均匀地分散在亲水性溶剂中，如：水或酒精，或可轻易与亲水性基材结合分散，或可添加在可与亲水官能基结合的塑料、橡胶以及纤维等基材中进行复合。以形成优异分散且高含量的气凝胶粉体塑料基材，因此可保持基材中气凝胶内部的高空孔率，在后续纺织后加工或纤维纺丝技术中可直接纺制含气凝胶粉末的纤维，以提升含官能基改质气凝胶粉末在各类基材中的隔热性质。
[0023] 5.本发明官能基改质气凝胶颗粒的外表可为疏水官能基团改质气凝胶，因此使官能基改质气凝胶可轻易且均匀地分散在疏水性溶剂，如：己烷或甲苯，或可轻易与疏水性黏着剂、塑料、橡胶或纤维基材结合，而可均匀分散在疏水性塑料等基材中进行复合。以形成优异分散且高含量的气凝胶粉体塑料基材，因此可保持基材中气凝胶内部的高空孔率，在后续纺织后加工或纤维纺丝技术中可直接纺制含气凝胶粉末的纤维，以提升含官能基改质气凝胶粉末在各类基材中的隔热性质。
[0024] 6.本发明利用控制官能基改质反应的温度条件，即可缩短官能基改质技术所需的时间，最快可在3小时至8小时内连续完成官能基改质气凝胶颗粒的制备，借此提高气凝胶的生产效率。
[0025] 7.本发明可依据添加基材化学结构的差异性进行气凝胶粉末的官能基改质，因此本发明的该官能基改质气凝胶可广泛应用于塑料：如聚酯类(PET、PBT、PLA…)，聚酰胺类(Nylon6、Nylon6，6、Nylon12…)，聚稀烃类(PE、PP、PEP…)，聚压克力类(PMMA、PVAC…)等混掺或抽丝。本发明的该官能基改质气凝胶可广泛应用于橡胶：如天然橡胶、氯化橡胶、异戊二烯橡胶等等混掺。本发明的该官能基改质气凝胶可广泛应用于漆胶类：如聚压克力胶(PMMA胶)、聚氨基乙稀酯胶(PU胶)、聚醋酸乙烯酯胶(PVAc胶)等等混掺。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权1项，从权-1项
1.一种纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，包含下列步骤：
混合步骤：将一硅氧烷化合物混合一官能基改质硅氧烷化合物以及一有机溶剂，以形成一混合溶液；
水解步骤：对所述混合溶液进行水解反应；
缩合分散步骤：将一碱触媒加入所述混合溶液，以进行缩合反应，并在所述缩合反应过程中加入一分散溶媒，并加以快速搅拌，使所述混合溶液于搅拌过程中凝胶化且分散而产生一官能基改质气凝胶颗粒；
表面改质步骤：在所述混合溶液中加入一表面改质剂对所述官能基改质气凝胶颗粒进行表面官能基改质以取得一表面改质气凝胶湿胶颗粒；
溶剂蒸发干燥步骤：以高温蒸馏或以过滤器过滤取得所述表面改质气凝胶湿胶颗粒，随后以高温干燥进行溶剂干燥以获得一干燥的表面改质气凝胶粉末。
2.如权利要求1所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述水解步骤是将一酸触媒加入所述混合溶液进行水解反应。
3.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述官能基改质硅氧烷化合物为一亲水性官能基改质硅氧烷化合物，其为选自于由下列所构成群组之物质之一种或多种：R-烯烃基硅酸甲酯或R-基硅酸乙酯，R-为亲水性官能基取代基团，其包含酸基-COOH、胺基-NH2、亚胺基＝NH、羟基-OH、酰胺基-CONH-、环氧基-COH-COH、尿基-NHCONH-、异氰酸酯-N＝C＝O或异氰尿酸-N-CO-N-，且其碳数由C1至C8。
4.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述官能基改质硅氧烷化合物为一疏水性官能基改质硅氧烷化合物，其为选自于由下列所构成群组之物质之一种或多种：R’-烯烃基硅酸甲酯、R’-基硅酸乙酯、R’-烯烃基硅胶、或R’-烯烃基硅偶合剂，R’-为疏水性官能基取代基团，其包含烷基-CH3、烯基＝CH2、酯基-R1-CO-OR2、醚基-C-O-C-、芳香族-C6H4-、或卤化物-X，且其碳数由C1至C13。
5.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述分散溶媒为选自于由下列亲水性溶媒所构成群组之一种或多种：水、处理水、去离子水、醇类、醚类、酮类、酸类、胺类。
6.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述分散溶媒为选自于由下列疏水性溶媒所构成群组之一种或多种：酮类、醚类、酯类、芳香族类、烷类。
7.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述表面改质剂为一亲水性表面官能基改质剂，其为选自于由下列所构成群组之物质之一种或多种：r-烯烃基硅酸甲酯或r-基硅酸乙酯，r-为亲水性官能基取代基团，其包含酸基-COOH、胺基-NH2、亚胺基＝NH、羟基-OH、酰胺基-CONH-、环氧基-COH-COH、尿基-NHCONH-、异氰酸酯-N＝C＝O、或异氰尿酸-N-CO-N-。
8.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述表面改质剂为一该疏水性官能基改质硅氧烷化合物，其为选自于由下列所构成群组之物质之一种或多种：r’-烯烃基硅酸甲酯、r’-基硅酸乙酯、r’-烯烃基硅胶、或r’-烯烃基硅偶合剂，r’-为疏水性官能基取代基团，其包含烷基-CH3、烯基＝CH2、酯基-R1-CO-OR2、醚基-C-O-C-、芳香族-C6H4-、或卤化物-X。
9.如权利要求2所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：所述高温干燥为以60-250℃的温度条件下进行并利用流动床干燥机、恒温烘箱、滚筒式干燥机、搅拌干燥机、喷雾式干燥机、或真空干燥设备进行。
10.如权利要求1至8任一权利要求所述的纺织及纤维纺丝用官能基改质气凝胶颗粒制备方法，其特征在于：在所述缩合反应过程中，以200rpm至2000rpm速度搅拌所述混合溶液，使所述混合溶液于搅拌过程中凝胶化而产生官能基改质气凝胶颗粒，所述官能基改质气凝胶颗粒之粒径为10nm～500μm。
