疏水SiO_2气凝胶的常压制备及其在棉织物上的应用研究

以甲基三甲氧基硅烷为前驱体,甲醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法,常压干燥制备了块状疏水SiO_2气凝胶,并将SiO_2气凝胶与PDMS(聚二甲基硅氧烷)混合应用到棉织物上,制备了超疏水功能棉织物。探讨了不同条件对气凝胶凝胶时间、密度和孔隙率的影响,得出了最佳工艺。利用场发射扫描电镜、接触角测试等对气凝胶和整理棉织物的表面形貌和疏水性能进行了研究。结果表明,制备的块状SiO_2气凝胶与水的接触角为151.0°,达到超疏水效果,且具有三维网络连续多孔微结构;经PDMS/SiO_2气凝胶混合液整理棉织物的接触角达到155.4°,其表面覆载了大量的SiO_2气凝胶颗粒,通过PDMS低表面能特性与SiO_2气凝胶三维网络多孔微观粗糙结构的协同,并结合PDMS对气凝胶及纺织品之间的交联粘结作用,实现了超疏水效果。     

花生壳纳米纤维素超疏水气凝胶的制备及在棉织物上的应用

以花生壳粉为原料,通过化学机械法从中提取纳米纤维素,采用溶胶-凝胶法,在花生壳纳米纤维素悬浮液中加入甲基三甲氧基硅烷以对其进行改性,并采用冷冻干燥法最终制备了纳米纤维素超疏水气凝胶.将通过喷涂的方法使纳米纤维素超疏水气凝胶和聚二甲基硅氧烷(PDMS)整理到棉织物上,分别对超疏水气凝胶和超疏水棉织物进行分析和表征.结果表...     

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。     

环氧改性酚醛树脂纳米复合材料的制备及性能研究

为提高酚醛树脂(PF)的耐热性和韧性,拓宽其应用范围,采用环氧树脂(EP)和纳米二氧化硅(SiO_2)对酚醛树脂进行改性,研究环氧树脂和纳米粒子用量对酚醛树脂综合性能的影响。测试结果综合分析表明,在环氧树脂用量为20%(wt,质量分数),KH560用量为20%(wt,质量分数),纳米SiO_2用量为1%(wt,质量分数)条件下,环氧/纳米SiO_2改性酚醛树脂复合材料的聚合时间和软化点得到提高,热分解温度达到416.2℃,冲击强度达到7.49kJ/m~2,具有较好的性能。     

SiO_2/纤维素复合气凝胶的制备及性能研究

采用纤维素为原料,氢氧化锂(LiOH)/尿素/水(H_2O)体系为溶剂,硅酸钠(Na_2SiO_3)为硅源,在纤维素凝胶骨架中原位合成纳米二氧化硅(SiO_2),制得SiO_2/纤维素复合气凝胶,并考察了SiO_2对其结构和性能的影响。结果表明,SiO_2/纤维素复合气凝胶不仅保持了纯纤维素气凝胶的骨架结构,同时SiO_2显著增加了气凝胶的比表面积,改善了力学性能,在SiO_2用量为47.27%(wt,质量分数)条件下,SiO_2/纤维素复合气凝胶的比表面积高达528m~2/g,压缩模量为6.18MPa。     

超疏水性气凝胶粉体涂层的制备与性能

为提高建筑物表层的抗蚀性,将经三甲基氯硅烷(TMCS)改性过的疏水性SiO2气凝胶粉体溶于丙酮溶剂中,制成表面防护涂层。研究了不同温度对气凝胶疏水性能的影响,以及超疏水性气凝胶粉体涂层制备条件、涂刷于混凝土表层时对水的耐久性能;利用红外光谱和扫描电镜对其化学基团和微观形貌进行分析。实验结果表明,250℃以下时,气凝胶为超疏水性,之后随温度升高大幅度下降直到完全消失;涂刷次数与气凝胶在分散体系中的质量有关;冲刷时,涂层先由超疏水性变为疏水性,之后长时间保持不变,水浸泡不改变涂层的超疏水性。     

石墨烯/SiO2复合气凝胶微球的制备及其吸附性能研究

以硅溶胶为原料,通过W/O乳液法结合溶胶-凝胶过程制备SiO_2气凝胶微球。在硅溶胶中掺杂氧化石墨烯(GO),经过洗涤、溶剂替换、表面改性、真空干燥制备出掺杂量不同的氧化石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GOS-CAMs),最后经高温处理得到石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GS-CAMs)。经过堆密度、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱等测试,选择GO掺杂量为0.4%(wt,质量分数,下同)的GS-CAMs,分别与石墨烯、SiO_2气凝胶微球进行对比,研究其在不同温度下对水溶液中不同浓度甲苯的吸附性能,并从吸附热力学、吸附动力学探讨其吸附机理。结果表明:掺杂量为0.4%的GO制备的GS-CAMs的综合性能最好,其松散堆密度为300kg/m~3,比表面积、平均孔径分别为328m~2/g、31.23nm;与纯SiO_2气凝胶微球相比,GS-CAMs的比表面积、孔径明显增加;GS-CAMs对不同温度下不同浓度甲苯水溶液的最大饱和吸附量为211mg/g,约为SiO_2气凝胶微球、石墨烯吸附量的1.2倍、1.6倍。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。     

疏水性棉短绒纤维素/SiO_2复合气凝胶的制备及性能研究

以棉短绒纤维素为原料,以NaOH/尿素/H_2O为绿色溶剂体系,采用溶胶-凝胶法制备纤维素水凝胶,以硅酸钠(Na_2SiO_3)为硅源,代替传统正硅酸乙酯(TEOS)作为溶剂,通过浸泡法制备了4种纤维素/SiO_2复合气凝胶,再利用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对纤维素/SiO_2复合气凝胶进行疏水改性,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对产物进行表征。结果表明:疏水改性后复合气凝胶三维网状结构的孔隙变小,随着Na_2SiO_3用量的增加,疏水纤维素/SiO_2复合气凝胶的接触角逐渐增大,达到147°,吸油量可达到自身质量的8倍,具有较好的疏水亲油性能。     

溶胶-凝胶法制备超疏水PMHS-SiO2涂膜

通过溶胶-凝胶法制备了二氧化硅(SiO_2)溶胶,并以含氢硅油(PMHS)为改性剂,对SiO_2粒子表面进行疏水化处理,然后在玻璃基片上提拉成膜和加热凝胶化,制备出超疏水PMHS-SiO_2涂膜。通过接触角测定、红外光谱、透射电镜、扫描电镜、湿热老化等手段对涂膜的制备条件、结构与性能进行了研究。结果表明,在PMHS/SiO_2质量比为1:1、改性时间为4 h、涂膜热处理温度170℃、热处理时间3 h的条件下,可制得具有优良超疏水性的PMHS-SiO_2涂膜,其水接触角可达163°,滚动角可低至3°-5°,且具有优异的耐湿热老化性能。对改性前后的SiO_2溶胶和PMHS-SiO_2涂膜的结构形态研究发现,PMHS与SiO_2表面产生了化学结合,形成了PMHS-SiO_2杂化交联材料;涂膜表面被疏水性PMHS包覆,同时较均匀地分布着许多粒径为50-400 nm的微米-纳米双重粗糙度的微凸体,这是产生优异的超疏水性能的主要原因。     

溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺/SiO2杂化薄膜及性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,4,4′-(六氟异丙烯)二酸酐(6FDA)为二酐单体,4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,采用无水溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺(PI)/二氧化硅(SiO_2)杂化薄膜(PI-SiO_2)。将3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)通过化学键合连接到PI分子链上,使SiO_2颗粒在PI基体中均匀分散。研究了PI-SiO_2杂化薄膜的光学性能和热学性能。随着SiO_2含量的增加,PI-SiO_2杂化薄膜的黄色指数明显降低。在SiO_2添加量为40%(wt,质量分数)条件下,制得的PI-SiO_2的玻璃化转变温度最高为314.7℃,热膨胀系数(CTE)为27.65×10-6/℃,具有较好的热性能。     

膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_2纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_2/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_2/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m~2·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.     

弹性气凝胶的制备及其力学、热学性能研究

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源、水为溶剂、醋酸和氨水作为酸碱催化剂, 采用酸碱两步法和酒精超临界干燥制备了透明块体气凝胶。用扫描电镜、比表面积与孔径分析仪、动态力学分析仪和hotdisk热分析仪等表征了气凝胶的微观形貌、孔结构、力学、热学等性能。制备的气凝胶具有很好的弹性性能, 压缩60%后可回复到原长的78%, 经热处理后反弹到原长的94%。气凝胶同时具有较好的保温隔热性能, 常温热导率仅为0.028 W/(m?K)。其接触角达154°, 表现出较好的疏水性能。气凝胶的耐热温度为440℃, 高于此温度将导致甲基氧化分解。气凝胶优良的保温隔热性能和力学性能使其在保温隔热领域中具有广泛的应用前景。     

碱性催化剂对SiO2气凝胶性能的影响研究

以工业水玻璃为硅源,采用LiOH、NaOH、KOH、NH_3·H_2O为催化剂,通过溶胶-凝胶法常压环境干燥疏水改性制备SiO_2气凝胶。利用FT-IR、TG-DTA、SEM以及BET对气凝胶的化学结构、热稳定性、微观形貌及比表面积和孔结构进行了表征测试。结果表明,碱性催化剂促使SiO_2溶胶-凝胶转化时间急剧缩短,由5840min缩短到30min左右;同时热稳定性明显提高,热分解温度由375℃上升到400℃以上。碱性金属离子催化作用下SiO_2气凝胶在1.7和32nm处呈现双孔结构,孔容保持在2.5～3.5cm3/g,说明在弱酸性环境下碱金属离子使的SiO_2气凝胶在保持三维网状结构的同时加大了SiO_2纳米粒子之间的接触面积。     

高交联温度下聚二甲基硅氧烷/聚醚砜渗透汽化复合膜的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)平板多孔膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为分离层,在高温交联条件下制备了PDMS/PES渗透汽化复合膜。用扫描电镜对复合膜形貌进行了表征,复合膜表面平整、致密,分离层与支撑层外表面结合紧密。研究了PDMS质量分数对膜产生最高衍射峰时对应的2θ值、水与乙醇的接触角以及以10%(质量分数)乙醇水溶液为料液,30℃下复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明:随着PDMS含量的增加,产生最高衍射峰时对应的2θ值先增大后减小。当PDMS含量为15%(wt,质量分数,下同)时,PDMS/PES复合膜有良好的疏水性和亲醇性,PDMS/PES复合膜的分离因子最大,最大值为4.60,对应的渗透通量为10325.54g/(m~2·h),分离指数出现最大值为47483.02。因此,15%PDMS条件下制备的PDMS/PES复合膜综合性能最好。     

低温SiO_(2)气凝胶基复合相变材料的制备与性能分析EI北大核心CSCD

以SiO_(2)气凝胶为支撑材料,通过物理吸附法制备定形SiO_(2)气凝胶基复合相变材料(PCCs),再利用密封盒进行二次封装。探究SiO_(2)气凝胶与相变材料的最佳配比,并对复合相变材料的微观结构、化学成分、孔结构、相变特性、热可靠性、定形能力和隔热性能进行表征。结果表明:含有质量分数为80%相变材料的SiO_(2)气凝胶复合相变材料(LS-80)具有最佳吸附比,并且在相变过程中显示了良好的定形能力,其熔点和熔融潜热分别为-15.6℃和170.2 J/g;同时SiO_(2)气凝胶的成功吸附使得LS-80的比表面积、孔径和孔容大小下降至59 m^(2)/g,13 nm和0.2 cm^(3)/g;20次冷热循环后,封装后相变材料的相变潜热减少了13.4%,而SL-80只减少了2.8%,表现出良好的热可靠性能;SiO_(2)气凝胶的添加使得复合相变材料导热系数降低,隔热能力增强。该结果为SiO_(2)气凝胶复合相变材料在冷链物流领域的应用提供了实验依据。     

温度对SiO2气凝胶表面疏水官能团数量及疏水性的影响

SiO_2气凝胶颗粒多采用表面修饰甲基官能团的方法进行疏水改性。该方法存在受热后疏水官能团断裂,疏水性下降的问题。目前官能团数量及疏水性随温度及加热时间的变化规律以及官能团数量与接触角之间的关系尚不明确。采用三甲基氯硅烷对SiO_2进行疏水改性。利用傅里叶红外光谱和接触角测试方法分析了疏水SiO_2气凝胶表面甲基官能团数量及疏水性随温度、加热时间的变化规律,在此基础上明确了接触角与官能团数量之间的关系。结果表明:提高受热温度及加热时间均会使疏水SiO_2气凝胶颗粒表面甲基官能团数量变小,进而降低静态接触角。当温度达到600℃时,甲基官能团完全消失,材料失去疏水能力。材料接触角与表面甲基官能团损失量近似呈正比关系。     

SiO_2/PDMS复合透明超疏水涂层的制备与性能研究

使用十八烷基三氯硅烷对纳米SiO_2原料进行了表面疏水改性,然后采用二步旋涂法在玻璃基片上制备了SiO_2/聚二甲基硅氧烷(SiO_2/PDMS)复合透明超疏水涂层。结果表明:纳米SiO_2及其团聚体镶嵌在硅橡胶基体表面形成粗糙结构,SiO_2/PDMS复合材料表面水接触角高达164.5°,水滚动角为4.7°;另外,SiO_2/PDMS复合材料在350~800nm波长范围其透光率大于75%,具有较高的透明性。     

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶的影响因素分析

常压干燥制备SiO2气凝胶是近年来该领域的研究重点,工艺条件的优化是提高气凝胶性能的关键。以正硅酸乙酯为硅源,甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,采用溶胶-凝胶法,结合老化和三甲基氯硅烷-正己烷-无水乙醇混合溶液的二次表面改性,通过常压干燥工艺制备疏水SiO2气凝胶。利用BET,FT-IR,SEM,TEM和接触角测试等手段对气凝胶进行表征,系统研究水解时间、老化时间、老化温度和改性剂用量对气凝胶性质的影响。结果表明:水解16h,凝胶于55℃下老化48h后,在三甲基氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1.56的混合液下改性48h制备的SiO2气凝胶的性能最好,其孔隙率92%,比表面积969m2/g,接触角达157°。     

聚氨酯/SiO_2复合凝胶聚合物电解质的制备与性能EI北大核心CSCD

将聚氨酯(PU)与纳米SiO_2复合,采用相转移法制备了不同SiO_2含量的PU/SiO_2复合凝胶聚合物电解质。材料微观结构、热性能和电化学性能等测试结果表明,相转移法得到了多孔结构的聚合物膜,SiO_2颗粒较均匀地分散于PU基体中;随着SiO_2含量逐渐增加,电解质的吸液率和拉伸强度呈先上升后下降的趋势;差示扫描量热分析和热重分析测试结果表明,复合多孔电解质膜的玻璃化转变温度和热分解温度较纯PU有明显提高;SiO_2质量分数为5%时制备的PU/SiO_2复合多孔凝胶聚合物电解质综合性能最优,吸液率为163%,拉伸强度为5.45 MPa,5%分解温度高达324℃,20℃时离子电导率为3.02×10-3S/cm,电化学稳定窗口为5.32 V,显示了较好的应用前景。     

水溶性含氟聚合物杂化纳米SiO2制备超疏水材料及性能

为了减少有毒有机溶剂的使用,制备环境友好的水溶性超疏水材料。采用自由基聚合合成水性环氧树脂聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯-无规-丙烯酸丁酯-无规-甲基丙烯酸羟乙酯(P(GMA-r-BA-r-HEMA)),经七氟丁酸(HFBA)与氨基纳米二氧化硅(SiO_2)杂化组装,以水为溶剂制备超疏水材料,在棉织物表面构筑超疏水表面。通过改变氨基纳米SiO_2的含量,探究棉织物的疏水性能和耐溶剂性能。研究结果表明,当接枝含氟量一定时,随着氨基纳米SiO_2含量的增加,超疏水处理棉织物的超疏水效果越好。经该超疏水材料浸渍改性的棉织物,有良好的疏液效果,水接触角为(150±2)°,耐久时间为83 min,具备很好的耐溶剂性,能耐受水洗涤、超声和NaCO_3溶液洗涤。