论文部分内容阅读
以制备完整块状的硅气凝胶为基本出发点,论文选用了多种有机硅烷：正硅酸乙酯(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS).3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、1,6-双三甲氧基硅基己烷(BTMSH).六甲基二硅烷(HMDZ)、以及三甲基氯硅烷(TMCS)作为前驱体、共前驱体或表面改性剂,通过常压干燥法,制备了一系列纳米多孔弹性块状硅气凝胶,并对硅气凝胶进行了一系列表征。运用酸碱两步催化溶胶-凝胶法,在体系中引入钛元素,通过超临界干燥法制得了块状硅钛复合硅气凝胶,表征发现引入钛元素缩短了凝胶时间,影响了硅气凝胶微观结构,钛含量越高,平均孔径越低,孔径分布越窄。将苯乙烯单体原位引入硅凝胶,通过改变反应条件使苯乙烯在孔道内聚合,可大大提高骨架整体强度。以二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚乙二醇和APTES制备APTES封端的聚氨酯,将其作为共前驱体往硅骨架引入聚氨酯,可以有效提高气凝胶整体强度,聚氨酯含量越高,强度越大,密度也随之提高。将MTMS和BTMSH作为混合硅源,通过在骨架中引入柔性链段使凝胶结构可以承受干燥过程中的毛细管压力,BTMSH含量越高,凝胶透明度越大。将硅溶胶与玻璃纤维毡复合也可以制备强度较好的块状复合硅气凝胶。详细研究了以MTMS为硅源,在不同的醇硅比条件下凝胶温度和老化温度对最终气凝胶性能的影响。结果发现当醇硅比过高时(-32),反应过程更容易出现相分离现象；而当醇硅比过低时(-10),形成的多孔网络结构的交联程度较高,凝胶网络中孔径尺寸小,孔更加致密,导致在后期常压干燥过程产生的毛细管压力急剧上升,使凝胶骨架强度不足以承受如此大的应力而产生结构塌陷,体积收缩率大大提高；而当醇硅比适中时(-28),通过调节凝胶温度和老化温度可以制得高弹性块状硅气凝胶,随着凝胶温度的不断增加,最终制得的硅气凝胶的块状性越来越好,而老化温度的增加在一定程度上也有利于提高最终制得气凝胶的完整性。正常醇硅比(-28)条件下制备的气凝胶虽然具有完整形貌和弹性,但是气凝胶骨架强度较小。提高硅前驱体浓度可以在一定程度上改善气凝胶的强度,但结构致密且易碎。在原料中引入N’N-二甲基甲酰胺(DMF)作为干燥控制添加剂,克服了在高浓度硅前驱体条件下(醇硅比～10)体积收缩率大、难以制备弹性块状硅气凝胶的问题,成功地制备了强度好、有弹性的块状疏水性硅气凝胶。随着DMF/MTMS的摩尔比不断增加,硅气凝胶的密度不断降低,孔体积和孔隙率不断增加。加入DMF后,制得硅气凝胶的孔径分布更加均匀。材料最大可压缩至初始长度的60%,经多次重复压缩仍可回复初始形貌。硅气凝胶还具有较好的疏水性,接触角大于1300。样品可以长时间漂浮在水面上,即使把它浸没在水中,松开手后,仍和原来一样漂浮在水上面,且表面没有水珠。当气凝胶浸没在水中时,气凝胶和水两相之间形成明显的界面,在气凝胶表面出现一层空气膜,膜厚大约为1毫米。