疏水型SiO2气凝胶的常压制备及吸附性能研究

以多聚硅E-40为硅源,采用溶胶-凝胶法,通过表面修饰等工艺,在常压条件下制备了高气孔率的疏水性SiO2气凝胶.用扫描电镜、红外光谱1、3C,29Si核磁共振谱以及孔径分布仪,表征测试其结构和吸附特性.研究结果显示,SiO2气凝胶具有纳米多孔结构,且有较好的疏水特性,吸附性能较活性炭纤维和活性炭颗粒更为优越,再吸附容量基本不变,是一种极好的高吸附材料,具有广阔的应用前景.     

SiO_2气凝胶复合材料增强增韧改性技术研究进展

针对SiO2气凝胶制备和应用中的瓶颈,从提高气凝胶本体强度、纤维增强技术两个方面对SiO2气凝胶复合材料增强增韧改性技术研究进行了综述,并对其发展进行了展望。     

水玻璃为原料常压干燥制备疏水SiO2气凝胶

采用溶胶-凝胶法,以自制水玻璃为原料、三甲基氯硅烷(TMCS)为疏水改性剂,通过常压干燥制得疏水SiO₂气凝胶。研究多步溶剂置换-表面改性和一步溶剂置换-表面改性两种改性工艺对SiO₂气凝胶结构与性能的影响,探讨一步溶剂置换-表面改性机制。结果表明：采用乙醇/TMCS/正己烷对凝胶进行一步溶剂置换-表面改性,可快速制备SiO₂气凝胶,所制得的气凝胶具有纳米多孔结构,孔洞分布密集、均匀,比表面积为654.24 m²/g,孔体积为2.72 cm³/g,平均孔径为12.38 nm,线收缩率为14.37%。改性后的气凝胶表现出较强的疏水性,接触角达到143°,且382℃左右仍可保持疏水特性。一步溶剂置换-表面改性过程中凝胶表面的Si—OH被Si—OSi(CH₃)₃取代,凝胶的疏水改性和孔隙水的置换是同步完成的,乙醇的存在减缓了TMCS与孔隙水的剧烈反应,避免了改性时凝胶发生破碎。     

MTES疏水改性SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的制备及结构表征

采用原位聚合法,以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水改性剂,活性炭为载体,制备疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料。采用接触角分析仪、N2吸附法、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的表面特性和结构进行表征。结果表明:所制备的疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的接触角为156°、比表面积为759.2 m2/g、孔体积为4.38 cm3/g,最可几孔径是32nm,孔径主要分布为1～50 nm,疏水SiO2气凝胶均匀地分散于活性炭表面。     

CO_2超临界干燥制备SiO_2气凝胶及其表征

以正硅酸乙酯为原料,应用溶胶—凝胶两步催化法制备SiO2醇凝胶,醇凝胶用CO2超临界干燥后得到SiO2气凝胶.以比表面积和密度为评价标准,以CO2流量、超临界温度、干燥时间和超临界压力为实验因素,设计了四因素三水平的正交实验,研究CO2超临界干燥的工艺条件,并运用SEM、TEM、BET、FTIR对SiO2气凝胶结构、形貌及化学组成进行分析.结果表明：优化的工艺条件为CO2流量12 kg.h-1,干燥压力13 mPa,超临界温度45℃,干燥时间6 h.制得SiO2气凝胶的比表面积为927.37 m2.g-1,密度是0.195 6 g.cm-3,由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在0～20 nm左右,孔径分布主要集中在10 nm左右,是典型的纳米孔材料.     

块状低密度C/SiO2复合气凝胶的制备

采用溶胶凝胶法结合CO₂超临界干燥工艺制备间苯二酚甲醛/SiO₂（RF/SiO₂）复合气凝胶,RF/SiO₂气凝胶高温炭化得到块状低密度C/SiO₂复合气凝胶研究反应物质量分数对溶胶凝胶过程和热处理过程的影响,考察不同热处理温度对C/SiO₂复合气凝胶孔结构的影响。结果表明:反应物质量分数为13%时,RF/SiO₂气凝胶受热处理工艺的影响较小,炭化温度升高至1200℃对C/SiO₂气凝胶网络结构有明显的改善作用。     

溶胶—凝胶法制备α—TiO2气凝胶

以无机盐TiCl4为前躯体，采用容胶—凝胶法结合超临界干燥技术制各超细TiO2气凝胶，并采用XRD和TEM技术进行表征。结果表明，采用该法，可制得流动性好的白色球形α—TiO2气凝胶颗粒，其平均粒径约为20nm。     

亚临界干燥制备SiO_2气凝胶

以E - 40 (多聚硅氧烷 )为硅源 ,HF为催化剂 ,采用异丁醇为干燥介质 ,用溶胶凝胶法在亚临界条件下制备了SiO2 气凝胶 .用扫描电子显微镜 (SEM)、孔径分布测定仪、比表面积测试 (BET)等方法对其微结构进行了研究 .结果表明 ,所制备的SiO2 气凝胶具有纳米网络结构 (平均颗粒大小约 1 0nm ,平均孔径约 1 4.5nm)和大比表面积(约 70 8.3m2 ·g- 1 ) .由于亚临界干燥使得制备压力从 6.4MPa降低到 2 .3MPa ,降低了制备成本 ,从而有利于气凝胶的商业应用 .     

溶胶凝胶法制备α-TiO_2气凝胶

以无机盐TiCl4为前躯体,采用溶胶 凝胶法结合超临界干燥技术制备超细TiO2气凝胶,并采用XRD和TEM技术进行表征。结果表明,采用该法,可制得流动性好的白色球形α TiO2气凝胶颗粒,其平均粒径约为20nm。     

聚酰亚胺纤维增强低密度柔性MTES基SiO2气凝胶的制备及表征

本文用具有环境友好性的甲基三乙氧基硅烷替代甲基三甲氧基硅烷,在水溶剂体系中,利用阳离子表面活性剂制备SiO2气凝胶基体,并以耐高温的聚酰亚胺短切纤维为增强相,制备得到了柔性疏水的SiO2气凝胶复合隔热材料。研究了聚酰亚胺短切纤维含量对复合材料热、力学性能的影响。结果表明：制备得到的SiO2气凝胶复合材料具有纤维状三维骨架结构并且气凝胶基体与增强相之间结合紧密,使得复合材料具有超疏水性,疏水角高达171°;具有良好的隔热保温性能,导热系数在0.021 W/(m·K)~0.0225 W/(m·K)之间,初始热分解高达521℃;具有较好的弹性,压缩20%形变后样品未发生增强相与基体的分离现象,并且卸压后能回弹至12%形变处。随着纤维含量的增加,复合材料里压缩强度（20%形变）逐渐增大,但是回弹率并没有较大的变化。     

非超临界干燥法制备块状SiO2气凝胶

以正硅酸乙酯为原料，去离子水和异丙醇为溶剂，丙三醇为干燥控制化学添加剂，盐酸和氨水为催化剂，通过酸／碱两步溶胶-凝胶法合成SiO2醇凝胶，经过老化、表面修饰和溶剂交换等工艺后，在常压分级干燥条件下制备块状SiO2气凝胶。不均匀的毛细管力是非超临界干燥过程中造成凝胶破裂的原因，从减小不均匀毛细管力及提高凝胶强度2个方面确定工艺，采用非超临界干燥法制备具有优良性能的块状SiO2气凝胶。应用X射线衍射、扫描电镜、热失重-差热等分析手段及吸附-脱附技术对所得气凝胶样品进行结构分析和性质表征。结果表明，用此方法可以制备具有优良性能的块状气凝胶样品，该气凝胶充满两端开放的管状中孔，具有较大的孔隙率（97．1％）及比表面积（614．3m^2／g），孔径分布均匀并且集中。     

低密度气凝胶的高温结构变化及其耐温性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用二步法制备了密度为30 kg/m³的二氧化硅低密度气凝胶块体材料。将低密度气凝胶分别在100、400、600、700、800、900、1 000 ℃下处理后,使用扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附等手段表征高温下低密度气凝胶微观结构变化趋势,并与同等条件下处理的密度为100 kg/m³气凝胶的比表面积进行对比。结果表明：在处理温度超过700 ℃后,低密度气凝胶比表面积出现明显下降,纳米多孔结构出现收缩和坍塌,因此其高温耐受温度为700 ℃。虽然密度为30 kg/m³的二氧化硅气凝胶材料具有更为纤细的网络结构和更高表面活性的纳米组成颗粒,但是由于高温下纳米颗粒反应收缩程度大于纳米颗粒尺寸效应,其表现出与100 kg/m³密度的气凝胶材料相同的耐温性。     

干燥溶剂介质对常压制备SiO2气凝胶的影响

以正硅酸乙酯和乙醇等为原料,通过溶胶-凝胶、表面修饰及溶剂置换等后续工艺,实现常压干燥法制备块状SiO2气凝胶,并考察干燥溶剂介质对气凝胶常压制备的影响。研究结果表明:采用混合溶剂干燥的SiO2气凝胶性能较单一溶剂更佳,以正己烷和甲苯混合溶剂制备的SiO2气凝胶性能最优,具有低表观密度(0.102 7 g/cm3)、高比表面积(928.4 m2/g)、大孔容(3.295 cm3/g)及疏水性良好等特性。     

纳米孔硅气凝胶/聚苯乙烯核壳材料合成制备

为获得纳米孔超级绝热复合材料,采用硅烷偶联剂对原位生成的纳米孔硅气凝胶进行表面处理,通过分散聚合工艺制备出聚苯乙烯接枝包覆硅气凝胶的纳米核壳结构复合材料。通过电子显微镜(TEM)对上述纳米样品进行了表征,并就体系组分、引发剂、聚合参数和分散工艺的影响进行了讨论。结果表明:体系组分中对转化率影响最大的是硅气凝胶与苯乙烯的质量比;以有机类偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,经独特的超声工艺处理,获得包覆率达70%的核壳结构复合材料。     

CO2超临界一次溶剂抽提法制备SiO2气凝胶

文中采用溶胶-凝胶法结合CO₂超临界一次溶剂抽提法制备SiO₂气凝胶。考察了干燥体系的平衡状态与CO₂+C₂H₅OH二元系的关系对溶剂抽提率及SiO₂性能的影响，并采用XRD,TG/DTA和TEM技术对样品进行了表征。结果表明，干燥体系处于CO₂+C₂H₅OH二元系亚临界区域时，溶剂抽提率随温度(40～60 ℃)变化缓慢，干燥后样品中发现有机杂质；而处于CO₂+C₂H₅OH二元系超临界区域时，溶剂抽提率高于亚临界区域，干燥后样品中未发现有机杂质，其样品近似球形，粒径在20～30 nm，具有较好的网络结构。     

二氧化硅气凝胶的性能受热过程的影响

成功地以水玻璃为硅源,经乙醇溶剂替换及六甲基二硅醚和盐酸的混合液对SiO₂湿凝胶表面基团改性后,常压干燥制备出低密度、高比表面积、超疏水、低热导率的高性能SiO₂气凝胶块体.SiO₂气凝胶在室温至400℃附近具有稳定的疏水性能,460℃附近气凝胶由疏水型完全转变成亲水型.重点研究了室温至400℃之间,SiO₂气凝胶的微观结构和物理性能受热处理过程的影响.SiO₂气凝胶即使经过400℃高温热处理后,仍能保持优异的疏水性能、较高的比表面积和较低的热导率等.     

环境气压干燥新工艺快速合成SiO2气凝胶研究

以廉价的水玻璃为硅源,用乙醇（EtOH）／三甲基氯硅烷（TMCS）／庚烷混合溶液浸泡水凝胺,使对水凝胶的溶剂交换和表面改性在一步完成,在环境干燥条件下合成了SiO2气凝肢．所合成的SiO2气凝肢为轻质透明的块状固体,密度为0．128～0．165g／cm^3,孔隙率92．4％～94．2％．利用FT—IR、SEM、TEM和BET吸附对气凝肢的微观结构和形貌进行了研究,结果表明,气凝胶为纳米介孔结构,粒子直径和孔径分布均匀,断面呈现明显的蜂窝状结构,孔径13nm左右,比表面积约618m^2／g,表面带有较多的Si—CH3基团．     

明胶的疏水化及性能表征

利用乙酸酐和苯甲醇,分别对明胶进行乙酰化和酯化反应等疏水化改性,拟改善明胶的疏水性,期望得到不需化学交联的难溶于水的明胶支架.通过乙酰化率分析、红外分析、接触角分析、热重分析、水溶性分析和降解性分析等研究改性后明胶的结构与性能.结果表明成功将疏水基团连接到明胶分子上,改性后明胶疏水性增强,在室温不溶于水,降解速度大大减慢,而热稳定性与原始明胶的基本一致.其中,乙酰化率达93.46％,说明乙酰化反应的条件已达到优化.改性明胶可望单独用于诸如皮肤、软骨修复的支架材料.     

超细二氧化硅的制备与改性

采用Na₂O·nSiO₂与CO₂为原料,加入丙三醇,用非离子表面活性剂聚乙二醇作为分散剂,制备出了和气相法接近的高分散超细二氧化硅粉末。用三甲基一氯硅烷(CTMS),二甲基二氯硅烷(DCDMS)改性沉淀二氧化硅,并对改性后样品的密度、吸油值、硅羟基含量进行了测定,用TEM、激光粒度分析仪、红外以及BET法对其进行了表征。     

白炭黑的表面改性和性能研究

为提高白炭黑对有机高分子的亲和性,利用偶联剂同时拥有亲油基和亲水基的结构特性,对白炭黑颗粒表面进行改性.考察了改性时间、温度、pH和偶联剂与白炭黑的质量比对白炭黑表面改性情况的影响.通过红外光谱、热失重、氮气吸脱附、接触角、活化度及沉降体积测试等手段对改性前后白炭黑结构及改性效果进行表征.结果表明,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)的改性效果明显优于γ-巯丙基乙氧基双(丙烷基-六乙氧基-硅氧烷)(Si747)和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69).以无水乙醇为改性剂,当KH570与白炭黑的质量比为14%、改性温度为50℃、pH为7、改性反应6 h时,活化度达到最大.改性后偶联剂接枝在白炭黑表面,亲水性降低、分散性提高,表面浸润性得到明显改善,拓宽了白炭黑在工业中的应用范围.