有機(jī)硅氣凝膠的制備和改性.pdf

1、氣凝膠是一種用氣體代替凝膠中的液體而本質(zhì)上不改變凝膠本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或體積的特殊凝膠，是水凝膠或有機(jī)凝膠干燥后的產(chǎn)物。氣凝膠具有高孔隙率、低密度等很多獨(dú)特的性質(zhì)。傳統(tǒng)制備氣凝膠主要采用超臨界干燥技術(shù)，如最早制得的是SiO2氣凝膠，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，但是這樣制備出的氣凝膠，雖然體積收縮小，但是價(jià)格昂貴，制備周期長(zhǎng)，容易吸收水分，影響氣凝膠的性質(zhì)，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。目前在常壓干燥工藝中采取的主要手段有對(duì)凝膠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)及表面改性。有機(jī)硅氣凝膠的改性

2、通常利用疏水的有機(jī)硅基團(tuán)替換表面的羥基基團(tuán)。但是這種表面改性在干燥時(shí)，仍然面臨非常大的毛細(xì)管力。本文在表面改性前，加入易揮發(fā)的環(huán)己烷，在常壓下便制備出體積收縮率小，孔隙率高的塊狀有機(jī)硅氣凝膠，前景好，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。除此之外，一種簡(jiǎn)單的方法即通過(guò)微量的碳酸鈣改性來(lái)制備草莓型有機(jī)硅粒子。主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究：
　　一具有超疏水的粉末狀有機(jī)硅氣凝膠，主要研究了以甲基三甲氧基硅烷為硅源的條件下，水解甲基三甲氧基硅烷，然后用水玻璃

3、作催化劑，進(jìn)行縮合反應(yīng)。待凝膠形成后，將其破碎并加入甲基三甲氧基硅烷的水解液，氨水催化得到粉末狀氣凝膠。通過(guò)甲基三甲氧基硅烷與水玻璃的不同比例來(lái)研究凝膠的疏水性、密度及凝膠時(shí)間的影響，并通過(guò)SEM（掃描電子顯微鏡）對(duì)表征其微觀形貌。結(jié)果表明甲基三甲氧基硅烷越多，凝膠越快，疏水性越好，孔隙率減小，密度增大。增加水玻璃用量時(shí)，凝膠由快變慢，疏水性變差，凝膠較透明，密度增大。通過(guò)SEM表征發(fā)現(xiàn)凝膠結(jié)構(gòu)呈疏松多孔結(jié)構(gòu)。并在同樣的條件下將溶劑換為

4、乙醇，發(fā)現(xiàn)與水作溶劑相比較，凝膠較慢，水玻璃越多凝膠越快，通過(guò)SEM發(fā)現(xiàn)，干燥后的粉末顆粒更細(xì)，凝膠結(jié)構(gòu)呈微米級(jí)溝槽結(jié)構(gòu)。
　　二初步探討了水玻璃、氨水作催化劑制備塊狀氣凝膠的方法，以甲基三甲氧基硅烷為硅源，環(huán)己烷為添加劑來(lái)制備塊狀有機(jī)硅氣凝膠。將環(huán)己烷加入甲基三甲氧基硅烷的水解液中乳化。乳化后加入堿性催化劑，縮合形成凝膠，利用這種方法常壓干燥便制得塊狀凝膠。通過(guò)比較添加與不添加環(huán)己烷得出如下結(jié)論：加入環(huán)己烷明顯降低凝膠在干燥時(shí)的

5、體積收縮率，得到密度小，孔隙率大的塊體有機(jī)硅氣凝膠。由于無(wú)機(jī)鹽大量留在氣凝膠中，因此選用氨水作催化劑，甲基三甲氧基硅烷為硅源，環(huán)己烷為添加劑，以甲基三甲氧基硅烷和環(huán)己烷的不同比例制備塊體有機(jī)硅氣凝膠，隨著環(huán)己烷用量增加至15mL，體積收縮變小，低至9.3％，密度低至0.0594 g/cm3，孔隙率高達(dá)96.87%。環(huán)己烷用量大于15mL，密度增大，體積收縮率增大，孔隙率減小。通過(guò)SEM及TEM（透射電子顯微鏡）表征，凝膠內(nèi)部具有大量微米

6、級(jí)空心球交聯(lián)形成多孔結(jié)構(gòu)。為了增強(qiáng)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用乙醇和水混合溶劑，研究了不同比例乙醇和水對(duì)凝膠的表觀性質(zhì)的影響，研究表明，水越多凝膠的結(jié)構(gòu)不強(qiáng)，易碎，乙醇越多凝膠結(jié)構(gòu)強(qiáng)，表面較光滑，彈性好，此外通過(guò)TEM及SEM發(fā)現(xiàn)，氣凝膠內(nèi)部均為空心小球。
　　三對(duì)甲基三甲氧基硅烷粒子的形成機(jī)理在少量的無(wú)機(jī)CaCO3粒子被研究。首先甲基三甲氧基硅烷在酸性條件下水解產(chǎn)生水解物，然后采用NaOH溶液去中和。在中性條件下，甲基三甲氧基硅烷的水解