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。     

基于SiO2气凝胶及空心微珠填料的织物用隔热涂料的性能研究

为提高织物用隔热涂料的隔热性能，将SiO₂气凝胶和SiO₂空心微珠复配作为填料，研究了填料种类和添加量对涂层隔热性能及疏水性能的影响。结果表明：气凝胶和空心微珠分别添加15%和20%时，隔热效果最好，隔热率分别为21.16%和16.17%。10%气凝胶和20%空心微珠进行复配时，涂层隔热效果进一步提升，隔热率可达到24.83%，且此时疏水性能最好，水接触角可达116.82°，这表明隔热材料的复配能进一步提高涂层的隔热性能和疏水性能，可有效拓宽功能性，展现出更加宽阔的应用前景。     

EV树脂基防水涂层的表面超疏水设计研究

本文选用常见的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液（EVA）作为防水涂层的基料,对其表面进行疏水性设计,考察防水涂层的影响因素。将制备的 SiO₂颗粒进行有机改性,在 EVA表面负载改性的 SiO₂颗粒形成粗糙结构,接枝三甲氧基硅烷控制材料的润湿性能,达到对涂层表面的亲疏水性进行调控的目的。结果表明：制备的 SiO₂粒径 D97为 7 μm,红外光谱分析表明 SiO₂有机改性比较成功,SEM测试表明 SiO₂负载在 EVA表面,通过结构和化学亲疏水性设计的 EVA膜的接触角达到了 172. 9°。防水涂层在水中浸泡 72 h后,其水接触角仍维持在 170°左右,具有很好的疏水稳定性,表现出较好的应用潜力。     

超疏水SiO2@OTES自清洁涂层的制备及性能

以纳米二氧化硅颗粒、正辛基三乙氧基硅烷(OTES)和硅烷偶联剂KH560为前驱体,采用溶胶凝胶法制备了超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层。在酸性催化剂及有机溶剂中,OTES、KH560将纳米颗粒表面由亲水改性为疏水。探究了纳米SiO₂、OTES、KH560三种原材料含量对超疏水涂层润湿性能的影响。结果表明,当掺杂3.5 g纳米SiO₂,8%的OTES与2%的KH560时,涂层达到最佳疏水效果,其接触角为(154±1)°,滚动角为(3.3±0.5)°。采用SEM、FTIR红外光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)对超疏水SiO₂@OTES材料的表面形貌与化学成分进行了表征。实验表明制备出的超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层具有良好的自清洁防污、耐低温与耐磨性能,且将涂层回收重新制得的表面仍具有超疏水性。     

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。     

硅酸钠模数对SiO2气凝胶结构和表面改性机制的影响

以粉煤灰为原料制备五种不同浓度的硅酸钠溶液,采用溶胶-凝胶法对硅酸钠溶液进行处理,在常压干燥条件下获得了疏水性SiO₂气凝胶。通过测试气凝胶的密度、比表面积和接触角,研究了硅酸钠溶液模数m对气凝胶结构的影响,阐述了气凝胶表面疏水改性的亲核取代S_N1化学反应机制。研究结果表明,气凝胶的疏水性能与其表面连接的硅甲基—Si—(CH₃)₃数目有直接关系,当硅酸钠模数m=2.50时,气凝胶的疏水性能最佳。气凝胶的密度和比表面积均随硅酸钠模数的增大而增大,当硅酸钠模数m=0.75时,气凝胶的密度和比表面积最小,其值分别为0.073 9 g/cm³和588.5 m²/g。     

模板法制备多孔超疏水SiO2/PDMS海绵及油水分离应用

以水玻璃为硅源,采用溶胶-凝胶法制备了超疏水二氧化硅(SiO₂)气凝胶,将超疏水SiO₂气凝胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)均匀混合,并引入蔗糖和葡萄糖作为模板制备了超疏水SiO₂/PDMS海绵。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对其微观形貌和成分进行表征;利用接触角测量仪表征其润湿性能。同时,以油水混合物为模型污染物,研究了SiO₂气凝胶掺量及糖的比例对海绵吸附性能的影响。结果表明：制备的SiO₂/PDMS海绵具有超疏水亲油性,水接触角(WCA)高达152.1°,且在模拟油水吸附实验中具有良好的去除效果;对植物油和泵油的去除率分别为98%和95%,且经过20次的重复油水分离实验后,SiO₂/PDMS海绵的吸附容量和接触角均未发生明显变化,仍具有较好的疏水性能。     

水性环氧树脂/纳米SiO2复合疏水涂层的制备及性能研究

用氨基硅油（ APDMS）改性水性环氧树脂（ EP）得到疏水性的环氧树脂乳液（ APDMS-EP）;用 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（ FAS）与纳米 SiO₂反应得到氟改性纳米 SiO₂（F-SiO₂）。采用不同比例的 F-SiO₂与 APDMS-EP进行复配,室温固化制备疏水涂层,并对 F-SiO₂的结构进行了表征,研究了 F-SiO₂用量对涂层的接触角、铅笔硬度、附着力、热稳定性及耐腐蚀性能的影响。结果表明： APDMS的引入使水性环氧树脂涂层的水接触角从 47.3°提高到 97.7°;加入 F-SiO₂后涂层疏水性进一步提高,当加入 15%的 F-SiO₂时,涂层对水和丙三醇的接触角分别为 120.3°和 104.5°,F-SiO₂的加入也增强了涂层的防腐性能。     

模拟地热水中微/纳米SiO2环氧涂层耐蚀阻垢性能研究

采用硅烷偶联剂(KH550)对微纳米SiO₂颗粒进行改性,将改性后的微纳米SiO₂颗粒添加到环氧树脂涂层,得到微纳米SiO₂/环氧复合涂层。利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)对改性前后的微纳米SiO₂颗粒进行表征分析,结果表明,硅烷偶联剂成功接枝在SiO₂颗粒表面。考察不同微纳米SiO₂配比下复合涂层的硬度、附着力、耐酸耐碱、接触角等性能参数,结果表明,复合涂层中微纳米SiO₂颗粒添加量为5%时,涂层的硬度最佳,耐酸碱侵蚀性能最好;接触角最大,有着最佳的疏水性能。通过旋转挂片实验观察复合涂层在模拟地热水中随时间增长的腐蚀形貌,SEM结果表明,不锈钢片附着的微纳米SiO₂/环氧复合涂层没有开裂、涨泡、脱落等破损现象,结垢物质基本不附着。利用电化学阻抗谱和极化曲线分析复合涂层的耐蚀阻垢性能,结果表明,附着复合涂层的不锈钢片在模拟地热水中浸泡30 d后,腐蚀电流密度比原片减小了2个数量级,表现出较好的...     

二氧化硅气凝胶用纤维研究进展

介绍了纤维/SiO₂气凝胶复合材料的制备方法，综述了纤维种类、纤维有关参数对复合材料最终性能影响的研究进展。指出与纤维相关的一些参数有着明显的交叉影响关系，在嵌入纤维过程中需重点处理好纤维相关参数之间的关系，还需着重关注任何可以导致SiO₂气凝胶孔径增大的网络结构的因子，为SiO₂气凝胶复合材料在隔热领域中的研究和应用提供了参考。     

A novel strategy for the construction of silk fibroin–SiO2 composite aerogel with enhanced mechanical property and thermal insulation performance

The practical application of silica aerogels is an enormous challenge due to the difficulties in improving both mechanical property and thermal insulation performance. In this work, silk fibroin was used as scaffold to improve the mechanical property and thermal insulation performance of silica aerogels. The ungelled SiO₂ precursor solution was impregnated into silk fibroin to prepare silk fibroin–SiO₂ composite aerogels via sol−gel method followed by freeze-drying. By virtue of the interfacial hydrogen-bonding interactions and chemical reactions between silk fibroin and silica nanoparticles, SiO₂ was well-dispersed in the silk fibroin aerogel and composite aerogels exhibited enhanced mechanical property. By increasing the loading of silk fibroin from 15 wt % to 21 wt %, the maximum compressive stress was enhanced from 0.266 to 0.508 MPa when the strain reached 50%. The thermal insulation performance of the composite aerogels was improved compared with pure silica aerogel, as evidenced that the thermal conductivity was decreased from 0.0668 to 0.0341 W∙m^‒1∙K^‒1. Moreover, the composite aerogels exhibited better hydrophobicity and fire retardancy compared to pure silica aerogel. Our work provides a novel approach to preparing silk fibroin–SiO₂ composite aerogels with enhanced mechanical property and thermal insulation performance, which has potential application as thermal insulation material.     

玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的改性研究

通过选取无水乙醇为溶剂,以SiO₂气凝胶为溶质,制备SiO₂气凝胶改性溶液,并将其应用于改善玻璃棉的保温性能。通过浸润及常压干燥的方法制取玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板,研究SiO₂气凝胶的质量分数和浸润时间对其性能的影响,并与溶胶-凝胶法制备的玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板相比。研究表明SiO₂气凝胶的质量分数和浸润时间对玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的性能有显著影响。当SiO₂气凝胶质量分数达到8%且浸润时间为20 min时,玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的短期吸水率、热导率分别下降了38.09%、18.32%,抗压强度上升了102.89%。与溶胶-凝胶法相比,本方法具有制备周期短、工艺较为简洁、成本低等优点,更适宜于大规模生产应用。     

废纸纤维素/SiO2复合气凝胶的性能

对废纸纤维素进行处理，以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）作为硅源，制备纤维素/SiO₂复合水凝胶，经过冷冻干燥得到性能良好的纤维素/SiO₂复合气凝胶。利用扫描电镜（SEM）、接触角测量仪及热重分析（TGA）等对制得的气凝胶进行了表征测试。结果显示材料由大孔、介孔、微孔组成，最低密度为0.107 g/cm³，具有较好的疏水性能，静态疏水接触角可达148.5°，力学性能良好，可实现50%范围内压缩后100%恢复，材料具备良好的吸附性能，吸附油污可达到本身质量的12.7倍，热稳定性提高。在处理有机废水，尤其是水体油污方面有着广阔的应用前景。     

新型纳米颗粒/SiO2复合气凝胶制备及吸附催化应用进展

SiO₂气凝胶作为一种新型多孔网络结构材料,具有高比表面积、低热导率及低折射率等优异性能,在多领域具有广泛的应用前景,但是纯SiO₂气凝胶存在力学强度低、质脆易裂等缺陷,严重制约了其规模化应用。因此,如何提升气凝胶的力学性能成为突破其产业化瓶颈的重点。目前,通过引入功能性增强相是改善SiO₂气凝胶多孔骨架强度和柔韧性的最有效途径之一。本综述首先介绍了SiO₂气凝胶制备及复合改性方法;然后对功能纳米颗粒/SiO₂复合气凝胶合成进行探讨,分析了不同维度纳米材料如0D金属氧化物颗粒、1D纳米管/纳米纤维、2D氧化石墨烯纳米片（GO）以及3D金属有机骨架材料（MOFs）对气凝胶孔道结构和表面物化特性的影响,最后,论述了SiO₂复合气凝胶在环境吸附催化领域中的应用潜力。     

The improvement in oxidation resistance of carbon by a graded SiC/SiO2 coating

A dense functionally gradient SiC/SiO₂ coating has been developed to improve the oxidation resistance of carbon at elevated temperatures. SiC was coated on the surface of a graphite substrate by a reaction between thermally evaporated silicon and carbon at 1400 °C. The SiO₂ layer was deposited by exposing the SiC coated specimens next to a bed of Si powder in a flowing H₂–H₂O gas (P_H2O=2.6×10⁻² atm) at 1400 °C. The formed SiC/SiO₂ layers were dense and had gradient compositions with good adhesion to the carbon substrate. However, as the coating thickness increased, the coating layer became cracked and delaminated from the substrate due to thermal stress. The specimens with the continuous SiC/SiO₂ layer showed a remarkably improved oxidation resistance up to 1200 °C.     

二氧化硅疏水涂层的水下减阻性能研究

采用溶胶-凝胶法中的Werner StÖber方法制备二氧化硅颗粒,并添加于聚偏二氟乙烯中,喷涂在钢片表面,制得类似荷叶表面结构的疏水涂层。红外光谱测试结果显示,制备的二氧化硅颗粒纯度较高,副产物少。X射线衍射结果表明,二氧化硅颗粒为无定形结构。疏水涂层表面的扫描电镜照片表明,表面颗粒形貌均一,分散性好,具有仿生微粗糙结构。测得涂层水接触角为133°。减阻测试结果表明,低雷诺数下,减阻率大大高于普通聚偏二氟乙烯树脂,最高可达57.6%。减阻效果受二氧化硅颗粒用量的影响,2.5 g聚偏二氟乙烯加入0.4 g二氧化硅时减阻效果较好。     

SiO2气凝胶提高岩棉和玻璃棉性能的实验研究

以无水乙醇为溶剂,SiO₂气凝胶为溶质,制取SiO₂气凝胶改性溶液。采用浸润及常压干燥的方法制备岩棉/SiO₂气凝胶复合板和玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板,研究不同质量分数的SiO₂气凝胶对复合板的短期吸水量、热导率及抗压强度的影响,并分析SiO₂气凝胶质量分数为8%时制备的岩棉/SiO₂气凝胶复合板和玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的改性效果,进而采用扫描电镜对复合板的微观形貌进行了表征。结果表明,SiO₂气凝胶均匀附着于无机纤维上,形成了较为稳定的复合体系;随着SiO₂气凝胶质量分数的不断增加,岩棉/SiO₂气凝胶复合板和玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的短期吸水量和热导率都逐渐减小,其抗压强度有一定的提升。比较改性后的岩棉和玻璃棉,后者的防水性能和抗压强度改善更明显。当SiO₂气凝胶质量分数达到8%时,岩棉/SiO₂气凝胶复合板和玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的短期吸水量较改性前分别下降了35.0%和36.2%,热导率分别下降了26.7%和18.3%,抗压强度分别提升了6.5%和102.9%。     

以煤矸石为原料制备Al2O3-SiO2气凝胶的工艺与性能

煤矸石作为固体废弃物虽然被用作发电燃料、煤矿填料与建筑材料,但其利用率仍然不高,如何提高煤矸石的高值化利用率成为了目前研究的热点。本文以山西煤矸石为原料,采用一步酸溶和溶胶-凝胶法,并经过常压干燥得到了Al₂O₃-SiO₂气凝胶粉体。在溶剂置换与改性过程中引入超声波,研究了其对气凝胶的制备与性能的影响。采用BET、XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC及接触角测试对所得Al₂O₃-SiO₂气凝胶粉体的结构与性能进行表征。结果表明,超声波的引入加快了反应速率,缩短了气凝胶的制备周期,所制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种具有纳米三维网络结构的介孔材料,堆积密度低至0.120 g/cm³,比表面积为635 m²/g,高温下收缩性小于传统水玻璃制备的SiO₂气凝胶,并具有较好的疏水性。