疏水SiO2气凝胶的制备及应用研究进展

介绍了SiO2气凝胶的特性,阐述了疏水性SiO2气凝胶的制备方法,综述了气相氧化法、表面后处理法、原位法等制备疏水性SiO2气凝胶的原理和方法,简述了疏水SiO2气凝胶在热学、光学、化学(吸附和催化)及医学等领域的应用现状,最后展望了疏水性SiO2气凝胶的发展和应用前景,其在隔热、超疏水功能纺织材料上的应用也具有较好的发展前景.     

纳米介孔SiO2气凝胶的常压干燥制备及表征

以工业水玻璃为硅源,分别用二甲基氯硅烷[（CH3）3SiCl,TMCS]／六甲基二硅醚[（CH3）3Si—OSi（CH3）3,HMDSO]和乙醇（CHaCH20H,EtOH）／TMCS／庚烷（C7H16）溶液对SiO2水凝胶进行溶剂交换和表面改性处理。通过TMCS与水凝胶中孔隙水和表面—OH基团之间的反应,使对水凝胶的溶剂交换和表面改性在一步同时完成,在常压干燥条件下合成了SiO2气凝胶。利用电子显微镜和Brunauer—Emmett—Teller法对气凝胶的微观结构和形貌进行了研究。结果表明：用EtOH／TMCS／C,H16和TMCS／HMDSO溶液均可获得具有海绵状结构的纳米介孔SiO2气凝胶;而用EtOH／TMCS／C7H16溶液对水凝胶进行改性处理更有利于获得均匀的大块气凝胶。所得SiO2气凝胶比表面积约为559～685m^2／g,密度为0．128～0．141g／cm^3。Fourier转换红外光谱分析表明：凝胶表面—OH基团已被改性为—O—SiCH3,表面呈现出明显的疏水性。     

常压制备疏水性二氧化硅气凝胶及表面结构表征

用咪唑盐离子液体[C6Mim][BF4]作溶剂和催化剂,经由溶剂置换、常压分级干燥,制备出大块SiO2气凝胶。气凝胶表面结构决定了气凝胶是否具有疏水性,我们用不同比例的甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和正硅酸乙脂(TEOS)前驱体来改变气凝胶孔表面Si—OH、Si—O—CH3、Si—CH3组成,网络表面结构用1HNMR核磁共振和傅里叶红外衍射表征。结果表明疏水基团和亲水基团共同组成了气凝胶材料的表面,疏水试验也表明样品具有很好的疏水性。     

甲基三甲氧基硅烷改性水玻璃基自疏水SiO2气凝胶的制备EI北大核心CSCD

以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和水玻璃通过共前驱体混合,并在常压干燥条件下制备得到自疏水SiO2气凝胶。通过对制备的SiO2气凝胶的表观密度、孔隙特征、疏水性能等进行表征测试,研究溶胶中水玻璃、MTMS和乙醇的摩尔比对其性能的影响。结果表明：当混合前驱体中的乙醇／MTMS／水玻璃的摩尔比为12：3：1时,制备的改性Si02气凝胶具有良好的物理性能,密度为0．097g／cm^3,比表面积为813．28m^2／g,疏水角为150.3°。     

常压溶胶-凝胶法合成SiO2气凝胶的研究

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在常压溶胶-凝胶法中引入新的表面改性技术,合成了疏水性SiO2气凝胶.对样品分别进行了傅立叶转换红外线光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、比表面(BET)表征.结果表明,产品粒径约为13 nm,孔径分布在2～110 nm,密度为110 kg/m3和比表面高达827.56 m2/g,并具有优良的疏水性能,属于由均匀球状粒子构成的具有连续网络结构的低密度多孔疏水性SiO2气凝胶.     

制备条件对疏水SiO2气凝胶结构和性能的影响

以价廉的水玻璃为原料,通过六甲基二硅氧烷和三甲基氯硅烷混合改性剂对制备的SiO2水凝胶进行表面改性,避免了溶剂交换,并常压干燥得到疏水的SiO2气凝胶.研究了改性剂用量对气凝胶疏水性和结构的影响.疏水气凝胶与水的接触角在100～130°范围内.常压干燥制备的气凝胶具有典型的气凝胶结构特征,孔洞尺寸、密度和比表面积分别在5～6.5 nm,100～160 kg/m3和500～720 m2/g范围内,颗粒尺寸小于100 nm.疏水气凝胶在空气和氮气中的热稳定性分别为284 ℃和490 ℃.     

疏水SiO2气凝胶的低成本制备

以自制的硅溶胶为原料,通过三甲基氯硅烷／六甲基二硅氧烷(trimethylchlorosilane／hexamethyldisiloxane,TMCS／HMDSO)混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性,用乙醇洗涤以后,在常压条件下干燥后得到疏水的SiO2气凝胶。研究表明：当溶胶液pH值从3变到5,最终得到的气凝胶的密度随pH值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大,而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂TMCS／H2O)的摩尔比大于0．1时,最终可得到疏水的气凝胶,当其大于0．2后气凝胶的密度和疏水性变化不大。SiO2气凝胶密度和比表面积分别在100～160kg／m^3和539～720m^2／g范围。     

甲基三甲氧基硅烷对块状SiO_2气凝胶性能和结构的影响

以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)为硅源,甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane,MTMS)为改性剂,无水乙醇(ethanol,EtOH);为溶剂,通过溶胶-凝胶法制备了SiO2湿凝胶,并经过超临界干燥得到了SiO2气凝胶.利用N2吸脱附测试、红外光谱、热重-差热分析、扫描电镜,高分辨透射电镜、接触角测试等手段对气凝胶的基本性能、表面基团、热稳定性、微观形貌结构进行了研究.结果表明:以TEOS,MTMS,EtOH, H2O的摩尔比为1:0.3:15:4制得的改性气凝胶为轻质疏水块状固体材料,密度为0.1g/cm3,比表面积为1070m2/g,孔隙率为95.5%.经MTMS改性后SiO2气凝胶的比表面积、孔体积和孔隙率更大,密度吏低,其疏水耐温性从250℃提高到500℃以上.     

水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料的研究进展

介绍了制备水性聚氨酯(WPU)/纳米Si O2(二氧化硅)杂化材料的几种方法(如纳米Si O2表面改性法、溶胶-凝胶法和原位聚合法等),特别综述了采用化学接枝改性法制备纳米Si O2和溶胶-凝胶法制备共价键连接的杂化材料的研究进展。最后对WPU/纳米Si O2杂化材料的发展方向提出了建议。     

常压干燥法制备疏水性SiO2气凝胶

利用正硅酸乙酯做先躯体,盐酸与氨水做催化剂,通过二步法制备了二氧化硅气凝胶,并利用三甲基氯硅烷和正己烷做表面改性剂采用共沸法逐级对湿凝胶进行表面改性.测试分析了气凝胶的密度、表观、疏水性、比表面积、孔径分布和热稳定性.结果表明:气凝胶的物理特性及其疏水性受到三甲基氯硅烷与正己烷的体积比(ψ)的影响,其密度随着ψ增大而减小,当ψ=3%时,气凝胶的疏水性最好;所制得的SiO2在350℃仍具有良好的热稳定性,并且具有高比表面积(838.6 m2/g)和孔体积(2.10cm3/g).     

疏水性SiO2气凝胶常压干燥制备与表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以NH4F为催化剂,实现了纳米多孔SiO2气凝胶材料的常压干燥制备,采用三甲基氯硅烷(TMCS)进行疏水改性,以减少样品在使用过程中的收缩和塌陷.结果表明:TMCS疏水改性的SiO2气凝胶样品的表观密度为0.191 g/cm3,导热系数为0.031 W/(m· K),比表面积为667 m2/g.SEM和TEM的测试结果表明,所得样品为纳米介孔材料.接触角的测定分析表明,TMCS疏水改性的SiO2气凝胶样品与水的接触角为147°,表现出良好的疏水性.400 ℃热处理后,气凝胶因失去大量的甲基基团,由疏水性变为亲水性.     

常压制备低密度SiO2气凝胶的正交分析及表征

选择5因素4水平的L16(45)正交试验,以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)为原料,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法和常压干燥制备了SiO2气凝胶,分析了正交实验因素对结果的影响,并对气凝胶的形貌、表面基团、疏水性、孔结构进行了表征.实验结果表明:表面改性对制备低密度SiO2气凝胶影响最大,正交试...     

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.     

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.     

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。     

SiO2溶胶的甲基化改性及其性能研究

采用溶胶-凝胶法,以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水性前驱物,对SiO2溶胶进行甲基化改性,制备MTES-SiO2溶胶,考察了MTES的加入对SiO2溶胶化学结构和性能的影响.结果表明,随着MTES加入量的增加,溶胶的粘度减小,凝胶时间延长,溶胶粒径略微增大.红外光谱分析表明,MTES-SiO2溶胶以Si -O - Si键为主,体系中已成功引入Si - CH3基团,所形成的SiO2分子具有线型结构.MTES-SiO2溶胶在陈化过程中,在粘度发生急剧改变前,溶胶的粘度、固含量变化不大,溶胶粒径略有增加.随着凝胶点的接近,溶胶分子逐渐由线型结构过度到三维网络结构.     

SiO2气凝胶常压干燥制备及性能分析

采用溶胶-凝胶法制备SiO2气凝胶,通过酸、碱催化两步法调控正硅酸乙酯(TEOS)的水解-缩聚速率,用乙醇和正硅酸乙酯溶液浸泡和老化醇凝胶,并以乙醇、三甲基氯硅烷(TMCS)和正己烷为表面改性剂,采用逐级改性方法对气凝胶进行改性,再在常压下干燥改性后的醇凝胶.制备出了憎水性和良好的热稳定性的SiO2气凝胶.采用XPD、傅立叶红外吸收光谱(FTIR)、DT-DSC曲线等测试方法对SiO2气凝胶进行性能表征.     

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SiO2气凝胶制备

以自制的硅溶胶为原料，通过三甲基氯硅缈六甲基二硅氧烷（trimethylehlorosilsne／hexamethyldlsiloxane，TMCS／HMDSO）混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性，用乙醇洗涤以后，在常压条件下干燥后得到疏水的SiO2气凝胶。研究表明；当溶胶液pH值从3变到5，最终得到的气凝胶的密度随pH值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大，而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂TMCS／H20的摩尔比大于0．1时，最终可得到疏水的气凝胶，当其大于0．2后气凝胶的密度和疏水性变化不大。Si02气凝胶密度和比表面积分别在100-160kg／m^3和539-720m^2／g范围。     

疏水SiO2气凝胶制备

以自制的硅溶胶为原料，通过三甲基氯硅缈六甲基二硅氧烷（trimethylehlorosilsne／hexamethyldlsiloxane，TMCS／HMDSO）混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性，用乙醇洗涤以后，在常压条件下干燥后得到疏水的SiO2气凝胶。研究表明；当溶胶液pH值从3变到5，最终得到的气凝胶的密度随pH值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大，而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂TMCS／H20的摩尔比大于0．1时，最终可得到疏水的气凝胶，当其大于0．2后气凝胶的密度和疏水性变化不大。Si02气凝胶密度和比表面积分别在100-160kg／m^3和539-720m^2／g范围。