气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶,是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。气凝胶具有高孔隙率、低密度等很多独特的性质。传统制备气凝胶主要采用超临界干燥技术,如最早制得的是SiO2气凝胶,结构不稳定,但是这样制备出的气凝胶,虽然体积收缩小,但是价格昂贵,制备周期长,容易吸收水分,影响气凝胶的性质,不适宜大规模生产。目前在常压干燥工艺中采取的主要手段有对凝胶进行网络增强及表面改性。有机硅气凝胶的改性通常利用疏水的有机硅基团替换表面的羟基基团。但是这种表面改性在干燥时,仍然面临非常大的毛细管力。本文在表面改性前,加入易挥发的环己烷,在常压下便制备出体积收缩率小,孔隙率高的块状有机硅气凝胶,前景好,可用于大规模生产。除此之外,一种简单的方法即通过微量的碳酸钙改性来制备草莓型有机硅粒子。主要从以下三个方面进行研究:一 具有超疏水的粉末状有机硅气凝胶,主要研究了以甲基三甲氧基硅烷为硅源的条件下,水解甲基三甲氧基硅烷,然后用水玻璃作催化剂,进行缩合反应。待凝胶形成后,将其破碎并加入甲基三甲氧基硅烷的水解液,氨水催化得到粉末状气凝胶。通过甲基三甲氧基硅烷与水玻璃的不同比例来研究凝胶的疏水性、密度及凝胶时间的影响,并通过SEM（扫描电子显微镜）对表征其微观形貌。结果表明甲基三甲氧基硅烷越多,凝胶越快,疏水性越好,孔隙率减小,密度增大。增加水玻璃用量时,凝胶由快变慢,疏水性变差,凝胶较透明,密度增大。通过SEM表征发现凝胶结构呈疏松多孔结构。并在同样的条件下将溶剂换为乙醇,发现与水作溶剂相比较,凝胶较慢,水玻璃越多凝胶越快,通过SEM发现,干燥后的粉末颗粒更细,凝胶结构呈微米级沟槽结构。二 初步探讨了水玻璃、氨水作催化剂制备块状气凝胶的方法,以甲基三甲氧基硅烷为硅源,环己烷为添加剂来制备块状有机硅气凝胶。将环己烷加入甲基三甲氧基硅烷的水解液中乳化。乳化后加入碱性催化剂,缩合形成凝胶,利用这种方法常压干燥便制得块状凝胶。通过比较添加与不添加环己烷得出如下结论:加入环己烷明显降低凝胶在干燥时的体积收缩率,得到密度小,孔隙率大的块体有机硅气凝胶。由于无机盐大量留在气凝胶中,因此选用氨水作催化剂,甲基三甲氧基硅烷为硅源,环己烷为添加剂,以甲基三甲氧基硅烷和环己烷的不同比例制备块体有机硅气凝胶,随着环己烷用量增加至15mL,体积收缩变小,低至9.3%,密度低至0.0594 g/cm³,孔隙率高达96.87%。环己烷用量大于15mL,密度增大,体积收缩率增大,孔隙率减小。通过SEM及TEM（透射电子显微镜）表征,凝胶内部具有大量微米级空心球交联形成多孔结构。为了增强凝胶的网络结构,采用乙醇和水混合溶剂,研究了不同比例乙醇和水对凝胶的表观性质的影响,研究表明,水越多凝胶的结构不强,易碎,乙醇越多凝胶结构强,表面较光滑,弹性好,此外通过TEM及SEM发现,气凝胶内部均为空心小球。三 对甲基三甲氧基硅烷粒子的形成机理在少量的无机CaCO₃粒子被研究。首先甲基三甲氧基硅烷在酸性条件下水解产生水解物,然后采用NaOH溶液去中和。在中性条件下,甲基三甲氧基硅烷的水解产物与少量新制备的CaCO₃悬浮液混合。将氨水加入上述混合物中,进行水解缩合反应。SEM表明,通过这种方法获得草莓型的聚合硅粒子,但是不添加碳酸钙形成的粒子形貌是光滑的表面。测得纯甲基三甲氧基硅烷静态接触角从136.2±0.9°,具有草莓型粒子的形貌的表面接触角为146.3±1.1°,显然极大地增强了疏水性。