原位聚合法制備疏水型sio

原位聚合法制備疏水型sio

由于sio2天凝膠具有獨特的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、低折射、熱導(dǎo)率、氣體選擇性等特點，可用作隔熱材料、隔聲材料和過濾材料。一般來說，制備的sio2天凝膠表面含有大量親水性基團硅羥基，因此在空氣中很容易吸收和破裂，這影響了聲音、光和物理性能，限制了sio2天凝膠的廣泛應(yīng)用。目前，用于解決sio2天凝膠的問題，主要有兩種方法：第一，表面處理，即表面處理的應(yīng)用表面活性劑的活性，并將sio2天凝膠表面上的羥基活性轉(zhuǎn)化為良性。為了達到排水的目的，需要建立一個原位聚合工藝。也就是說，在溶膠凝膠系統(tǒng)中添加含有糊精酸的硅醇鹽，通過溶解凝膠過程直接形成sio2凝膠。通過超聲干燥后，可以獲得一系列致密的sio2凝膠。為了達到排水的目的，本文以三乙氧基硅烷（mtes）為改性劑，通過原位聚合物法制備了稀疏水的sio2凝膠，并對其結(jié)構(gòu)進行了表征。1實驗部分1.1溶劑及萃取設(shè)備正硅酸四乙酯(TEOS)、NH3·H2O,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇,上海凱迪化學(xué)試劑有限公司;HCl,南京奧佳化工有限公司;NaOH,廣東省汕頭市西隴化工廠;甲基三乙氧基硅烷,安徽省鳳臺縣淮河化工廠.HA400-50-012乙醇超臨界干燥裝置,華安超臨界萃取設(shè)備有限公司;PHS-25數(shù)顯pH計,上海雷磁儀器廠;HJ-6A磁力加熱攪拌器,常州國華電器有限公司.1.2疏水型sio氣凝膠的制備將一定量的TEOS、MTES、無水乙醇和去離子水倒入燒杯中,加入少量HCl調(diào)節(jié)其pH,然后在60℃下攪拌使其迅速水解.90min后加入少量NH3·H2O調(diào)節(jié)其pH使其縮聚,繼續(xù)攪拌60min,靜置一段時間后形成SiO2濕凝膠.將得到的SiO2濕凝膠在乙醇和TEOS混合溶液中老化48h,老化后的濕凝膠在乙醇超臨界條件下干燥,即可得到疏水型SiO2氣凝膠.1.3孔徑結(jié)構(gòu)及接觸角分析采用美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP2020-M全自動比表面積及微孔物理分析儀來測試試樣的孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布;采用Kruss公司的DSA100型視頻接觸角分析儀來測試試樣與水的接觸角以確定其疏水親油性;采用傅里葉紅外-拉曼光譜儀分析氣凝膠的表面官能團;采用Perkin-Elmer公司的熱分析系統(tǒng)差熱掃描量熱法(TG-DSC)測試試樣的熱穩(wěn)定性.2結(jié)果與討論2.1第類等溫線圖1是疏水SiO2氣凝膠對N2的吸附-脫附等溫線.N2和SiO2氣凝膠表面的吸附一開始就是多分子層吸附,該曲線為典型的第Ⅲ類等溫線,開始一段曲線較凹,說明吸附質(zhì)N2和SiO2氣凝膠之間的作用力很弱,當(dāng)壓力接近飽和蒸氣壓p0時,曲線呈趨于與縱軸平行的漸近線,這是吸附質(zhì)在固體顆粒間凝聚的典型表現(xiàn).并且吸附分支和脫附分支的分離發(fā)生在中等大小的相對壓力(p/p0)處,且2個分支都很陡,說明SiO2氣凝膠的孔形狀是一種兩端都開放的管狀毛細(xì)孔結(jié)構(gòu).2.2sio氣凝膠的孔徑分布由N2吸附法測得的疏水SiO2氣凝膠的比表面積為674.47m2/g、孔體積為4.13cm3/g,孔徑分布如圖2所示.由圖2可見,SiO2氣凝膠的孔徑分布在1~50nm,孔徑分布較寬但主要集中在15~20nm,由此可知所制備的SiO2氣凝膠為最可幾孔徑是16nm的典型介孔物質(zhì).2.3織物上吸附水h—疏水SiO2氣凝膠的水特性圖3為疏水改性前和疏水改性后SiO2氣凝膠的紅外光譜.圖3中譜峰1081、800和456cm-1分別由組成疏水性SiO2氣凝膠骨架的Si—O—Si反對稱伸縮振動、對稱伸縮振動和彎曲振動引起的;在3452cm-1附近出現(xiàn)的寬峰和1628cm-1附近出現(xiàn)的小峰分別對應(yīng)吸附水H—OH的不對稱伸縮振動和彎曲振動,說明該試樣放置于空氣中仍然會吸附微量的水分,但量很少;2969~2902cm-1的一系列小峰是—CH3中C—H的對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動引起的,1452和956cm-1附近的一系列小峰是—CH3中C—H的簡式彎曲振動和平面搖擺彎曲振動引起的,疏水改性后振動強度明顯加強,表面經(jīng)過疏水改性的氣凝膠,其表面的—CH3數(shù)量大大增加;1275、842和569cm-1處的小峰是Si—CH3振動引起的,疏水改性后振動明顯加強,這說明疏水改性的SiO2氣凝膠骨架上連有很多的疏水基團.圖4為疏水SiO2氣凝膠表面的水珠照片.水在親水的表面會滲入材料內(nèi)部,氣凝膠親水后會發(fā)生破裂現(xiàn)象,而試驗過程中未出現(xiàn)試樣破裂,并且由圖4可見,氣凝膠表面的水珠呈圓形,經(jīng)測量SiO2氣凝膠與水珠的接觸角為160°,因此制得的SiO2氣凝膠為疏水性氣凝膠.2.4溫升結(jié)果表1疏水SiO2氣凝膠以20℃/min的升溫速率從室溫升至1000℃,進行熱質(zhì)量損失分析,結(jié)果見圖5.由圖5可知:80℃左右時,開始出現(xiàn)質(zhì)量損失,當(dāng)溫度繼續(xù)上升到235℃時,總的質(zhì)量損失為0.41%,這主要是由于試樣孔隙及表面殘余的少量乙醇和水蒸氣所致;當(dāng)溫度上升到244.5℃時,出現(xiàn)明顯的放熱峰,質(zhì)量損失也明顯增加,這是由于氣凝膠表面的硅甲基(Si—CH3)氧化成硅羥基(Si—OH)而放熱所致,并且由于硅羥基之間會發(fā)生縮合反應(yīng)生成水,導(dǎo)致凝膠質(zhì)量損失,說明疏水SiO2氣凝膠的耐溫性為244.5℃;當(dāng)溫度繼續(xù)上升到734℃附近時,再次出現(xiàn)少量質(zhì)量損失(2.35%),伴隨著稍微放熱,這可能是由于氣凝膠表面基團(—CH2)的進一步裂解而引起的.因此,疏水SiO2氣凝膠具有良好的熱穩(wěn)定性,其熱穩(wěn)定溫度為244.5℃.3納米多孔材料1)所制備出的疏水SiO2氣凝膠的接觸角為160°、比表面積為674.47m2/g