二氧化硅气凝胶的疏水化改性及其复合材料的研究进展

二氧化硅(Si O2)气凝胶是一种由SiO2粒子堆积而成的具有三维多孔网络结构的纳米材料,具有低密度、低热导率、高比表面积和高孔隙率等特点,在众多领域应用价值巨大而备受关注。Si O2气凝胶的疏水改性直接关系到其在制备或使用过程的结构稳定性。文章介绍了SiO2气凝胶疏水改性常用的两种方法:表面改性法和原位改性法,并且重点展示了SiO2气凝胶复合材料在隔热、催化、吸附、电化学等方面的最新研究进展。     

二氧化硅气凝胶隔热涂料的性能评价

通过控制合适的条件,将SiO2气凝胶微球加入到纯丙乳液中,混合其它助剂,制成SiO2气凝胶隔热涂料;并运用相关国家标准提供的方法对其进行性能检测。实验结果表明,它具有较好的液态性能、颜色和外观、硬度和附着力、耐水耐热性和隔热性;在实验探索中,还建立了一套针对于SiO2气凝胶隔热涂料的性能评价体系。     

甲基三乙氧基硅烷改性制备疏水SiO2气凝胶

采用原位聚合法结合超临界干燥工艺,以正硅酸四乙酯为硅源、甲基三乙氧基硅烷为改性剂制备出疏水型SiO2气凝胶．采用比表面积及微孔物理分析仪、接触角分析仪、热分析仪和红外光谱仪对其性能和结构进行表征．结果表明：所制备出的SiO2气凝胶是接触角为160°、比表面积为674．47m^2／g和孔体积为4．13cm^3／g@疏水型气凝胶．疏水SiO2气凝胶的热稳定温度为244．5℃．     

疏水SiO2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂,经老化、表面疏水改性,常压干燥制备了高比表面积疏水SiO2气凝胶.用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、比表面及孔径分布仪、热重分析仪(TG-DSC)对其疏水特性及结构进行表征.结果表明:疏水SiO2气凝胶与水的接触角达145°,在空气中的热稳定温度为269 ℃;且比表面积达1035 m2/g,具有典型的气凝胶结构特征,孔径尺寸和密度分别达9.7 nm和0.129 g/cc,骨架颗粒尺寸小于30 nm.     

SiO2纳米复合气凝胶改性工艺研究进展

介绍了前驱体改性法、无机/有机纤维增强改性SiO2气凝胶、有机聚合物复合改性SiO2气凝胶等复合材料的制备工艺过程,以及他们的增强改性机理、材料综合性能表现;探讨了SiO2纳米复合气凝胶隔热材料的未来研究方向,认为需要进一步的研究来确定纤维在凝胶过程中发生的作用,并将联系两相之间的相互作用与纳米多孔结构;如何实现SiO...     

疏水性二氧化硅气凝胶的合成及表征

本文以正硅酸乙酯为原料,经溶胶-凝胶过程制备二氧化硅醇凝胶,再利用二甲基二氯硅烷对醇凝胶进行化学表面修饰,最后用超临界干燥方法制备了疏水性二氧化硅气凝胶.运用红外光谱、BET、扫描电镜、X射线衍射等测试方法对制得样品的结构、形貌及化学组成进行了分析.结果表明该样品是表面存在疏水基团-CH3 的疏水性SiO2 气凝胶,是呈连续网络结构的球状纳米粒子,孔径分布主要集中在2～10 nm,是热稳定性较高的非晶、多孔、轻质介孔材料.     

超临界干燥制备疏水型二氧化硅气凝胶

文章以正硅酸乙酯为原料,经溶胶-凝胶过程制备二氧化硅醇凝胶,采用三甲基氯硅烷作为表面改性剂,对醇凝胶进行化学表面修饰,超临界干燥,制备了疏水性二氧化硅气凝胶粉末。运用红外光谱、BET、扫描电镜、XRD对其结构、形貌及化学组成进行了分析。结果表明：该样品是表面连有疏水基团-CH3的疏水性SiO2气凝胶,呈连续网络结构的球状纳米粒子,孔径分布主要集中在2～4nm,是热稳定性较高的非晶、多孔、轻质介孔材料。     

纤维素气凝胶及其疏水改性研究进展

纤维素气凝胶具有的低密度(≥8 kg/m~3)、低热导率(0.0201~0.0295 W/m·K)、高孔隙率(≤99.5%)、高比表面积(100~605 m~2/g)等使其在隔热、吸附、催化、储能等领域应用广泛,是多功能、轻质、纳米多孔材料。纤维素表面存在大量的羟基,氢键和亲水性使纤维素气凝胶在吸附油污等应用受限。利用三甲基氯硅烷(TMCS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)等进行纤维素气凝胶的疏水改性,拓展其应用范围。     

聚酰亚胺气凝胶疏水改性研究进展

聚酰亚胺气凝胶,不仅具有聚酰亚胺的高耐热性、高强度、耐溶剂性,兼具高比表面积、超低密度、高隔热性,在航空航天、电子通讯、隔热绝缘等领域有广阔的应用前景。然而,由于聚酰亚胺分子结构中含有大量亲水的极性基团,使其隔热性等性能会因吸水显著降低。因此,对聚酰亚胺气凝胶进行疏水性改性显得尤为必要。针对聚酰亚胺气凝胶疏水改性主要方法本征改性、复合改性和表面改性等进行系统总结,并展望其应用领域前景和发展趋势。     

SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。     

纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶隔热复合材料研究进展

Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料,在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景,是理想的高温隔热基体之一。但纯Al₂O₃-SiO₂气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱,限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体,制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料的制备方法,综述了目前国内外该材料的研究进展,并对其未来发展趋势做了展望。     

疏水纤维素/SiO2复合气凝胶的制备和表征

以微晶纤维素和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过溶胶-凝胶法制备了4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶,并利用十八烷基三氯硅烷(OTS)对复合气凝胶进行疏水改性,利用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其疏水改性产物进行表征分析。结果表明:4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶均为白色固体,密度范围43.6~50.7 mg/cm³;XRD、EDS和FT-IR分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅元素,疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅、氯元素;SEM分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其改性产物均呈现三维网状结构,改性产物的三维网状结构的孔隙变小。疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶的接触角测试结果表明,4种样品接触角均大于90°,达到疏水状态,且随着TEOS用量的增加,接触角逐渐增大(最大接触角144.5°),疏水性能提高。     

纤维增强Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯为原料,通过二甲基二乙氧基硅烷引入碳元素,以乙醇为溶剂,盐酸和氨水为催化剂,莫来石纤维为增强相,采用溶胶–凝胶、超临界干燥和1 200℃高温裂解工艺制备Si-C-O气凝胶隔热复合材料,并对材料的结构和性能进行了分析和表征。结果显示：1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶复合材料为黑色且加工成型性较好,纤维表观体积密度为0.15 g/cm3时,800℃和1 000℃热导率分别为0.031 9 W/（m K）和0.043 0W/（m K）。纤维表观体积密度增大（0.15～0.30 g/cm3）,复合材料的拉伸和压缩强度增大,密度为0.25 g/cm3时,抗弯强度最大。1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶的比表面积为217.7 m2/g,空气中1 000℃煅烧后,比表面积为208.6 m2/g。Si-C-O气凝胶复合材料在1 000℃空气中煅烧后没有出现收缩。     

二氧化硅气凝胶杂化改性研究

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,以多羟基倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxanes)为疏水改性试剂,通过二氧化碳超临界干燥制备了表观密度为30～150mg/cm3、可加工的疏水SiO2气凝胶.采用傅立叶变换红外(FTIR)对疏水型SiO2气凝胶的结构和性能进行了研究.     

纤维改善SiO2气凝胶的力学和隔热性能研究进展

纤维/SiO2气凝胶复合材料因良好的力学和隔热性能具有广泛的节能应用前景,是当今国内外建筑、能源及材料等领域的研究热点.根据尺寸及形貌特征将纤维分为常规束状纤维、预制件纤维和纳米纤维三种类型,分析概述了不同类型的纤维与SiO2气凝胶复合材料的制备工艺、形貌特征以及力学和隔热性能,讨论了纤维改善SiO2气凝胶性能所存在的问题,并对以后的研究和发展趋势进行了展望.     

Fiber Reinforced Polyimide Aerogel Composites with High Mechanical Strength for High Temperature Insulation

Glass fiber/polyimide aerogel composites are prepared by adding glass fiber mat to a polyimide sol derived from diamine, 4,4′‐oxydianiline, p‐phenylene diamine, and dianhydride, 3,3′,4,4′‐biphenyltetracarboxylic dianhydride. The fiber felt acts as a skeleton for support and shaping, reduces aerogel shrinkage during the preparation process, and improves the mechanical strength and thermal stability of the composite materials. These composites possess a mesoporous structure with densities as low as 0.143–0.177 g cm^?3, with the glass fiber functioning to improve the overall mechanical properties of the polyimide aerogel, which results in its Young's modulus increasing from 42.7 to 113.5 MPa. These composites are found to retain their structure after heating at 500 °C, in contrast to pure aerogels which decompose into shrunken ball‐like structures. These composites maintain their thermal stability in air and N₂ atmospheres, exhibiting a low thermal conductivity range of 0.023 to 0.029 W m^?1 K^?1 at room temperature and 0.057to 0.082 W m^?1 K^?1 at 500 °C. The high mechanical strengths, excellent thermal stabilities, and low thermal conductivities of these aerogel composites should ensure that they are potentially useful materials for insulation applications at high temperature.     

不同温度长时间作用下SiO_2气凝胶结构和性能的变化

针对SiO2气凝胶高温结构变化规律对隔热性能的影响,在500℃,600℃,700℃和800℃不同时间(0~12h)作用下,对热处理后的SiO2气凝胶结构和组成进行测试和分析;结果表明,500℃,600℃条件下,随着时间的延长,重量损失和厚度上的收缩略微增大,体积密度不变;700℃和800℃条件下,随着时间的延长,厚度上的收缩逐渐增加,体积密度逐渐增大,重量损失增大。在200~1200℃时,对热处理0.5h后的SiO2气凝胶结构和组成进行测试和分析。结果表明:当热处理温度为200~800℃时,气凝胶中小孔隙坍塌,大孔隙增多,密度基本不变,其骨架结构未被破坏;二次堆积颗粒逐渐增大且相互融合,密度急剧增加;当热处理温度达到1000~1200℃时,气凝胶骨架结构遭到明显破坏,隔热性能失效。     

纳米孔超级绝热材料气凝胶的制备与热学特性

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，通过溶胶–凝胶及超临界干燥过程制备了SiO2气凝胶. 同时，采用相对廉价的多聚硅(E–40)为硅源，以三甲基氯硅烷(TMCS)为表面修饰剂，硅油为干燥介质, 在常压条件下制备了同样具有纳米多孔结构的SiO2气凝胶. 用透射电镜、扫描电镜及孔径分布仪对其结构进行了表征，并用动态热线法对其热学特性进行了测试. 结果表明: 两种方法制备的气凝胶均是典型的纳米孔超级绝热材料，后者热导率略高但成本低许多，所以更具应用推广潜力.     

基于气凝胶保温涂料的复合保温结构研究及应用

本文以纳米气凝胶、 TiO₂、SiO₂、SiC三种隔热粉体作为填料,氧化铝纤维和硅酸铝纤维作为增强材料,有机-无机复合胶体作为粘结剂,制备了纳米气凝胶保温涂料。考查了气凝胶用量对涂料的干密度、隔热性能和导热系数的影响。结果表明：粘结剂量为 35%、纤维总加入量为 25%（氧化铝纤维和硅酸铝纤维质量比 1∶1）、填料量为 40%（TiO₂、SiO₂、SiC粉体质量比例为 2∶1∶1且保持与气凝胶量的总和占涂料的 40%）,当气凝胶量为 15%时,涂料的导热系数为 0.04 W/m.K,干密度为 158 kg/m³,涂料的隔热性能最好。以纳米气凝胶保温涂料为基础,研究了一种适用于稠油热采蒸汽管保温的复合保温结构,将耐热纤维层、保温涂料层和金属外壳进行复合,这一复合保温结构成功应用在稠油注蒸汽管道外层保温改造项目中。与原有保温结构相比,年估算节能量约为 94.8 t标准煤,有效提高了稠油热注蒸汽管线的保温效果。