二氧化硅氣凝膠的制備與應(yīng)用.pdf

1、本論文采用溶膠-凝膠法制備了低導(dǎo)熱系數(shù)、低密度的疏水SiO2氣凝膠，并通過將其做成夾層結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用、或使其在滌棉絮片上負(fù)載以及在棉布上形成涂層等三種方式進(jìn)行了保溫應(yīng)用研究，以開發(fā)SiO2氣凝膠在服裝、被裝品及其它等領(lǐng)域的用途。
　　用硅酸鈉(Na2SiO3)為硅源，稀H2SO4作催化劑，采用溶膠-凝膠法在常壓下通過分段升溫的干燥方式制備了輕質(zhì)疏水的SiO2氣凝膠。研究了反應(yīng)過程中H2SO4濃度、pH、Na2SiO3/乙醇質(zhì)量比、凝

2、膠溫度等工藝參數(shù)對(duì)所得氣凝膠結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，得到了優(yōu)化的反應(yīng)條件為:硫酸濃度1.5mol/L、pH為9，Na2SiO3/乙醇質(zhì)量比為1∶6、凝膠化溫度50℃時(shí)，老化24小時(shí)，經(jīng)過TMCS改性處理，制備的SiO2氣凝膠的孔徑、堆積密度和導(dǎo)熱系數(shù)分別為25nm、0.046g/cm3和0.0198W/(m·k)。SEM和TEM顯示SiO2氣凝膠的骨架呈蜂窩狀三維網(wǎng)絡(luò)，其間存在大量孔洞，孔隙率達(dá)94％。
　　將制備的SiO2氣凝膠直

3、接填充于雙層超薄防曬透氣布料間做成具有夾層結(jié)構(gòu)的保溫材料，經(jīng)紅外線照射該材料外側(cè)40 min后測(cè)得內(nèi)側(cè)溫差較未夾層的空白樣約低13℃，保溫隔熱效果明顯，在鞋墊、睡墊或睡袋內(nèi)芯等方面有一定應(yīng)用價(jià)值，但粉體易沿布料纖維和針鋒間隙溢出。
　　將硅溶膠和SiO2氣凝膠分別負(fù)載到滌棉絮片上進(jìn)行保溫應(yīng)用研究。首先將滌棉絮片經(jīng)NaOH醇溶液處理得到纖維表面帶有凹槽或裂紋以期為氣凝膠的附著提供更多的場(chǎng)所，然后采用超聲振蕩浸漬的方法分別將硅溶膠和氣

4、凝膠粉體負(fù)載到改性滌棉絮片上，經(jīng)稱重和隔熱性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，改性絮片比未改性的絮片能負(fù)載更多的SiO2氣凝膠，硅溶膠@改性滌棉絮片內(nèi)側(cè)的最大溫差較原絮片低5.5℃，但絮片略經(jīng)經(jīng)彎折或抖動(dòng)便有大量粉體脫落，應(yīng)用性較差。
　　用SiO2氣凝膠作功能粒子，分別以硅改性聚丙烯酸酯乳液PA-5341、水性聚氨酯乳液PU-2591、聚四氟乙烯乳液(PTFE)和PVDF-HFP的DMF溶液為粘合劑，輔以其他助劑制備了四種不同種類的保溫涂層劑并在原色

5、棉布上涂敷形成保溫涂層。研究了四種涂層中SiO2氣凝膠和粘合劑的用量對(duì)涂布的導(dǎo)熱系數(shù)、機(jī)械性能及隔熱效果的影響，其中PTFE基和PVDF-HFP基涂布綜合性能最優(yōu)，經(jīng)研究獲得其涂層劑中各組分的最佳質(zhì)量比為:氣凝膠、粘合劑、潤(rùn)濕劑、分散劑分別為15％、20％、1.0％和1.2％wt。此時(shí)，得到的兩種保溫涂布的斷裂伸長(zhǎng)率、撕破強(qiáng)度和經(jīng)三次水洗后表面吸水率均相似，分別可達(dá)140％，約15N，約1.2％，耐磨性良好，導(dǎo)熱系數(shù)均很小且分別為0.0