二次改性常壓制備SiO2氣凝膠及其改性機(jī)理.pdf

1、SiO2氣凝膠具有高孔隙率、高比表面積、低密度、低熱導(dǎo)率等優(yōu)異性質(zhì),在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。常壓干燥制備具有良好性能的SiO2氣凝膠,有利于降低成本、提高安全性,促進(jìn)其商業(yè)化。但是,常壓制備的SiO2氣凝膠整體性差,強(qiáng)度低,無法達(dá)到傳統(tǒng)超臨界干燥制備的SiO2氣凝膠性能,目前報道的常壓制備工藝一般涉及繁瑣的多步驟溶劑替換。因此有必要通過系統(tǒng)的研究來探索常壓制備塊狀SiO2氣凝膠的方法。本論文基于常壓干燥技術(shù),提出利用二次改性來制備疏

2、水塊狀SiO2氣凝膠的新方法,通過選擇不同的改性劑和工藝條件,制備出一系列SiO2氣凝膠,并利用N2吸脫附儀、掃描和高分辨透射電子顯微鏡、紅外光譜、熱重-差熱分析、X射線光電子能譜和固態(tài)核磁共振譜等對氣凝膠的物理性質(zhì)、微結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)組成和熱穩(wěn)定性等進(jìn)行了表征,獲得了二次改性中表面物種的變化規(guī)律,闡明了二次改性機(jī)理。
　　 采用二次改性常壓干燥制得的疏水塊狀SiO2氣凝膠的性質(zhì)基本達(dá)到了超臨界干燥制得的SiO2氣凝膠性質(zhì)。表面呈

3、海綿狀結(jié)構(gòu),骨架呈納米SiO2顆粒相互交聯(lián)堆積成鏈狀的多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),孔隙率超過92％,密度為0.15 g/cm3,表面呈疏水性,接觸角達(dá)157°,熱穩(wěn)定性和疏水穩(wěn)定性較好,疏水耐溫達(dá)500℃。二次改性常壓干燥可制備理論上密度最小的SiO2氣凝膠,其孔體積為9.0 cm3/g,平均孔徑為16.5 nm。
　　 本論文提出的二次改性新方法,實現(xiàn)了分步對SiO2凝膠骨架結(jié)構(gòu)的均勻及穩(wěn)定性和骨架表面疏水性的調(diào)控,從而在常壓干燥條件下

4、得到性質(zhì)較好的疏水塊狀SiO2氣凝膠。原位體相改性利用共前驅(qū)體甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基機(jī)硅烷與硅源正硅酸乙酯同時發(fā)生的水解和縮聚反應(yīng),有效調(diào)控凝膠的化學(xué)組成、物理性質(zhì)及表面特性,從而控制凝膠的整體性。凝膠形成后通過老化處理可促進(jìn)孔隙溶劑中殘余的基團(tuán)進(jìn)一步反應(yīng),增強(qiáng)凝膠骨架強(qiáng)度。骨架表面改性采用三甲基氯硅烷/乙醇/正己烷表面改性液,通過引入帶有三個-CH3基團(tuán)的三甲基氯硅烷和表面張力較小的正己烷來取代凝膠骨架表面殘余的-OH基團(tuán)和孔