论文部分内容阅读
尽管传统气凝胶有低密度(<0.05g/cm3)、低热导率(<0.02W/m.K)、高比表面积(>1000m2/g)等多项优异性能,在隔热、空间技术、催化、声学等许多领域具有应用前景。但由于其脆弱的力学性能导致成块性差,对于产品的运输、操作、加工以及耐久性等造成严重的限制,使商业化气凝胶的应用有限。因此,发展新的工艺制备完整的块状气凝胶,扩大其应用领域具有十分重要的意义。本文主要的研究内容为以下三个部分:(1)采用溶胶-凝胶法,选用带有非水解烷基基团的甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源,在常压干燥条件下成功制备出块状的二氧化硅气凝胶。该方法以水为溶剂,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)模板剂来调控孔径,避免了常规制备气凝胶过程中所需的表面改性以及多次溶剂置换、洗涤过程,简化了生产工艺,缩短了制备周期。进一步探索了影响块体二氧化硅气凝胶常压制备的影响因素,获得了完整性最好的二氧化硅气凝胶样品,其密度为0.079 g/cm3,孔隙率为88.9%,且具有超疏水性(疏水角为166°)。(2)以3,3,,4,4,-联苯四羧酸二酐(BPDA)和4,4,-二氨基二苯基醚(ODA)为原料,通过溶胶凝胶法,采用叔丁醇冷冻干燥工艺制备出块状聚酰亚胺气凝胶。通过改变单体和溶剂的配比,发现聚酰亚胺气凝胶的密度和体积收缩率随着单体浓度的增加而升高,气凝胶的微观结构由疏松变得致密,气凝胶孔径与线状网络骨架的尺寸逐渐缩小,单体浓度起到了一个调节聚酰亚胺气凝胶微观结构的作用。随着密度的降低,聚酰亚胺气凝胶的固体热导率降低,但密度减少,平均孔径变大,导致气态热导率增大,也会降低气凝胶的抗压强度。10%左右的单体浓度制备的聚酰亚胺气凝胶较为适宜,其密度为0.115 g/cm3,导热系数为0.0312 W/m.K,抗压强度为7.97 MPa,但样品呈现超亲水性。(3)为解决聚酰亚胺气凝胶亲水问题,本文提出二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶复合杂化方法,并通过两种方式制备出复合样品。1、物理复合:首先合成二氧化硅气凝胶,然后将其作为填料加入聚酰胺酸溶液中制备二氧化硅/聚酰亚胺复合气凝胶;2、化学复合:首先制作二氧化硅凝胶的前驱体溶液和聚酰胺酸溶液,控制pH值在在凝胶形成前将两者的前驱体溶液复合,最后通过冷冻干燥工艺成功制备出纳米尺度均匀复合的二氧化硅/聚酰亚胺复合气凝胶。通过表征发现,二氧化硅凝胶的物理掺杂效果更好,不仅明显提升了凝胶的室温隔热性能(0.0282 W/m.K),改善其疏水性(疏水角为96°),也会提高了复合气凝胶的抗压强度(11.34 MPa)。