常压干燥制备疏水二氧化硅气凝胶
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究1. 引言1.1 研究背景二氧化硅气凝胶是一种广泛应用于吸附、隔热、隔声等领域的功能材料。
其具有高比表面积、低密度、良好的介电性能和热稳定性等优点，因此受到了广泛关注。
常压干燥是一种常用的制备气凝胶的方法，可以在常温下通过蒸发溶剂将胶体颗粒形成多孔结构，得到气凝胶材料。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺存在着一定的问题和挑战，如颗粒聚集、孔隙结构不均匀等。
有必要对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行深入研究，以提高气凝胶材料的性能和稳定性，拓展其应用领域。
本研究旨在探讨常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺，分析其影响因素，优化制备工艺，并展望其在吸附、隔热等方面的应用前景。
【研究背景】1.2 研究目的研究目的是通过常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究，探索优化制备工艺，提高气凝胶的制备效率和性能，并应用于更广泛的领域。
具体来说，研究目的包括以下几个方面：研究常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法和工艺参数，寻找最佳制备工艺，提高气凝胶的制备效率和品质；对制备的气凝胶进行性能表征，包括孔结构、比表面积、孔径分布等，从而了解气凝胶的物理和化学性质；分析影响气凝胶性能的因素，如原料选择、干燥条件等，并进行优化工艺，进一步提高气凝胶的性能和稳定性；展望二氧化硅气凝胶在储能、传感、隔热等领域的应用前景，为其产业化和商业化提供技术支持和发展方向。
【2000字】.2. 正文2.1 制备方法常压干燥制备二氧化硅气凝胶的制备方法主要包括溶胶凝胶法和超临界干燥法两种。
溶胶凝胶法是指将硅源溶解于适量的溶剂中，加入催化剂和控制剂，经过酸碱中和、定向水解和缩聚，形成二氧化硅溶胶。
随后，将溶胶经过成型和固化处理，得到凝胶体。
进行干燥处理，得到二氧化硅气凝胶制品。
而超临界干燥法则是将溶胶体直接置于高压高温的超临界条件下，采用超临界流体作为介质，利用超临界流体的溶解能力将溶剂从凝胶中溶解出来，实现非常快速的干燥过程。
原位法常压干燥制备疏水SiO_2气凝胶及其热稳定性
2.1 气凝胶的物相及形貌分析 图 1 为原位法制备的疏水 SiO2 气凝胶的 XRD
图谱. 由图 1 可知, 所得疏水 SiO2 气凝胶样品仅在 2θ 为 20°-25°范围内有一个馒头状弥散宽峰, 在其 它位置没有明显的特征衍射峰, 说明该样品是典型 的无定型非晶态结构.
图 2 为疏水 SiO2 气凝胶的扫描电镜照片. 由图 2 可知, 气凝胶表面呈不规则颗粒紧簇分布状, 有少 量大颗粒. 2.2 气凝胶的 FTIR 分析
(College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062, P. R. China)
Abstract： Using an acid-base two-step catalysis for the hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS), hydrophobic silica aerogel with a high specific surface area was prepared by an in-situ sol-gel process and ambient pressure drying utilizing the introduction of drying control chemical additives (DCCA) N,N-dimethylformamide (DMF) and trimethylchlorosilane (TMCS) to allow for the hydrophobic modification of the sol system. The structure and morphology of these samples were characterized by N2 physical adsorption, X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry, and scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the specific surface area of the hydrophobic silica aerogel modified by this in-situ method was larger than that of an aerogel modified by the ex-situ method. The specific surface area of the former aerogel was up to 979 m2·g-1. The aerogel had a good hydrophobic property because of the hydrophobic group (—CH3) that was linked to the aerogel′s surface. After heat treatment at 500 ℃, the aerogel became hydrophilic because it lost most of its hydrophobic groups (—CH3). After heat treatment at high temperature 800 ℃ the hydrophobic silica was still in an amorphous state, which indicated good thermal stability for the hydrophobic silica aerogel.
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究【摘要】本文主要研究了常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺。
通过分析常压干燥工艺流程、影响因素、工艺优化探讨、气凝胶性能测试和干燥效果比较，得出了制备气凝胶的最佳工艺参数。
实验结果表明，优化后的工艺能够制备具有优良性能的二氧化硅气凝胶。
对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行了总结，并展望了其在未来的应用前景。
本研究有助于推动气凝胶材料在各个领域的应用和发展。
【关键词】常压干燥、二氧化硅气凝胶、制备工艺、影响因素、工艺优化、性能测试、干燥效果、结论、展望、应用前景1. 引言1.1 背景介绍二氧化硅气凝胶是一种具有微孔结构和极低密度的固体材料，具有优异的绝热性能、吸附性能和光学性能，在航空航天、能源领域、制冷保温等方面有广泛的应用。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶是一种简单、经济的制备方法，其通过溶胶-凝胶法制备溶胶，再经过固定化剂交联、稀释和干燥等步骤得到气凝胶产品。
常压干燥工艺相对于高温高压干燥工艺来说，操作简单，能够保留原料的微观结构，提高气凝胶的物性性能。
由于常压干燥工艺具有便捷性和经济性，因此对其进行深入研究，探索其制备二氧化硅气凝胶的工艺参数和性能优化具有重要意义。
本文旨在通过对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行研究，为其在实际应用中提供更好的参考和指导。
1.2 研究目的本研究旨在探究常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺，通过对不同工艺参数的调节和优化，实现对气凝胶性能的提升和干燥效果的改进。
具体目的包括以下几点：1. 确定常压干燥工艺流程，建立稳定的制备方法；2. 分析影响气凝胶品质的关键因素，寻找最佳制备条件；3. 探讨工艺优化的可行性，提高气凝胶的比表面积和孔隙结构；4. 对制备的气凝胶进行性能测试，评估其吸附性能和力学性能；5. 对常压干燥和其他常见干燥方法进行比较，探讨其优劣势及适用范围。
通过以上研究目的，旨在为常压干燥制备二氧化硅气凝胶提供更科学、更有效的工艺方法，并为气凝胶在吸附材料、隔热材料等领域的应用奠定基础。
常压制备疏水型二氧化硅气凝胶及透光率分析
硅 气凝 胶 透 光率 的影 响 。 以正 硅 酸 乙酯 为原 料 ， 通过 酸 （ 草酸） 一 碱（ 氨水 ） 两步催 化 ， 采用溶胶一 凝 胶 法 常压 干燥 制备
了 疏 水 型 介 孔 二 氧 化 硅 气 凝 胶 。 正 硅 酸 四乙 酯 、 乙醇 、 草酸 、 氨 水 物 质 的量 比为 １ ： ４ ： ５ ： ０ ． ２ ， 草 酸 和 氨 水 的 浓 度 分 别 为
０ ． ０ ０ ８ 、 甲基 二 氯 硅 烷 为 改 性 剂 常 压 制 备 了二 氧化 硅 气 凝 胶 。 透射电镜、 扫 描 电 镜测 试 表 明 ： 二 氧
化 硅 气 凝 胶 具 有 纳 米 介孔 结 构 。接 触 角 测 定 表 明 ： 二 氧化 硅气 凝 胶 与 水 的接 触 角 为 １ ４ ８ ｏ ， 表 现 出疏 水 性 。
（ ａ ｑ ｕ ｅ ｏ ｕ ｓ ａ ｍ ｍｏ ｎ ｉ ａ ） ， ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｈ ｏ ｂ ｉ ｃ ｍ ｅ ｓ ｏ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｗ ａ ｓ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｏ ｌ — ｇ ｅ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ａ ｍ ｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｙｉ ｒ ｎ ｇ
ｍｏ ｎ ｉ ａ ｉ ｆ ｘ ｅ ｄ ａ ｔ ０ ． ０ ０ ８ ｍｏ ｌ ／ Ｌ ａ ｎ ｄ ０ ． ０ ５ ｍｏ ｌ ／ Ｌ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｄ ｉ ｍｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｓ ｉ ｌ ａ ｎ ｅ （ ＤＭＤＣ Ｓ）ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ
常压制备疏水性二氧化硅气凝胶
摘
要 ： 正硅 酸 乙 酯 （ Ｅ Ｓ 为 硅 源 ， 氟 酸 作 催 化 剂 ， 用 溶 胶 一凝 胶 法 常 压 下 制 备 二 氧 化 硅 气 凝 胶 ， 研 以 ＴＯ） 氢 采 并
究催化剂 、 乙醇 、 水等 因素对凝胶过程 的影响 。采用傅里叶变换红外分析 （ ｒ Ｉ 、 ｒ — Ｒ） 电子扫描探针 （Ｐ 等对二氧 Ｓ Ｍ）
１０ ． ｅ （ Ｅ Ｓ ： （ ｔＨ） ｎ Ｈ Ｏ）： （ Ｆ ＝ｌ６ ４ ０ ２ ， ｅｃｍ ｒｈｎｉ ｅ ｏｍａｃ ｆ ｅｏｅ ａ ｅ ２ 。 Ｗｈｎｎ Ｔ Ｏ ） ｎ ＥＯ ： （２ ｎＨ ） ： ： ： ．５ ｔ ｏ ｐｅｅ ｓ ｅｐｒ ｒ ｎ ｅ ｒｇｌ ｗ ｓ ｈ ｈ ｖ ｆ ｏａ ｓ ｔ
化 硅 气 凝 胶 的结 构 和 性 能 进 行 研 究 。结 果 表 明 ， 三 甲基 氯 硅 烷 （ ＭＣ ） 面 改 性 处 理 后 的 气 凝 胶 表 现 出 了很 好 经 Ｔ Ｓ表 的疏 水 性 能 。该 气 凝 胶 密 度 为 ２０ — ０ ｇｍ ， 水 的 接 触 角 大 于 １０ 。 当 （ Ｅ Ｓ ： 乙 醇 ） ０ ４ ０ｋ／ 与 ２。 Ｔ Ｏ ） ｎ（ ：ｎ（ ： ： Ｈ ０） ｎ（ Ｆ Ｈ ）：１６ ４ ０ ２ ： ： ： ．５时 ， 到 的 气 凝 胶 各 方 面 的综 合 性 能 最 好 。凝 胶 时 间 随 着 水 和氢 氟 酸 用 量 增 加 而 缩 短 ， 乙 得 随 醇 用 量 的增 加 而 增 加 。
（ ＭＣ ） Ｄ ｎｉ ｆ ｓ ｒｐ ｒｄａ ｒ ｅｓ ａ ｎ ｅ ｆ ０ ４ ０ ｋ ／ ｎ ｅｃ ｎ ｃ ａ ｇ ｉ ａ ｒ ａ ｌ ｇ ｒ ｈ ｎ Ｔ Ｓ ． ｅ ｓ ｙｏ － ｅ ａｅ ｅｏ ｌ ｗ ｓｉ ｒ ｇ ０— ０ ｇ ｍ ａ ｄｔ ｏ ｔ ｔ ｎ ｌ ｗｔ ｗ ｔ ｓ ａ ｅ ａ ｔ ａｐ ｇ ｎ ａ ｏ２ ｈ ａ ｅ ｈ ｅｗ ｒ ｔ
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
1前言硅气凝胶作为催化剂载体和隔热材料具有广阔的应用前景。
然而，由于硅气凝胶的制备需使用昂贵的有机前体（原硅酸盐或原硅酸甲酯）作为硅源来制备醇凝胶并在超临界干燥条件下除去溶剂醇，这需要更高的温度和压力（乙醇的临界温度是243.10℃，临界压力为6.3MPa；CO 2的临界温度为31.1℃，临界压力为7.29MPa ）。
对干燥容器的高需要求大大增加了气凝胶的成本。
同时，操作可能很危险。
气凝胶制备成本高且风险大，阻碍了气凝胶的工业生产。
2实验准备用磁力搅拌器在烧杯中混合聚氧硅氧烷和乙醇，并缓慢加入水和催化剂。
继续搅拌2min 直至反应物完全混合。
将混合物倒入密封管中，并将其置于60℃水浴中。
凝胶形成后（管体倾斜45°，管内液体不明显流动，表明溶胶已凝胶化），加入一定量的无水乙醇继续老化，无水乙醇为每24h 更换一次。
有效期为4天。
将改性剂（甲基三乙氧基硅烷）加入正己烷溶液中，密封在凝胶管中，在60℃水浴中进行表面改性72h。
改性后，倒出改性液体，用正己烷清洗凝胶，直至改性剂不含正己烷。
最后，在60℃下干燥48h，得到硅胶。
通过SEM 观察二氧化硅的形态。
通过傅立叶变换红外光谱仪（ftir ）研究表面改性反李万景,汪勇,李建彬（江苏脒诺甫纳米材料有限公司，宜兴214221）SiO 2气凝胶的工艺研究现状与发展进行综述，考虑到传统制备SiO 2气凝胶的超临界干燥工艺存在工艺复杂、设备昂贵、产率低、安全隐患大且难以实现产业化生产等缺点，本文通过对溶胶凝胶过程等工艺的优化，采用常压干燥法制备出成块性较好的疏水性SiO 2气凝胶，主要探讨了表面改性剂和常压干燥介质对气凝胶成块性和物理性能的影响。
气凝胶；干燥工艺应。
表面积用NDVA1000孔径分布分析仪测定气凝胶含量，用流体静力学平衡法测定水凝胶的密度。
通过测量气凝胶表面上水滴的润湿角来表征气凝胶的疏水性。
3凝胶过程PDEOS（A）类似于原硅酸四乙酯的预聚物，对应于原硅酸四乙酯的多次水解缩合。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究一、引言二氧化硅气凝胶是一种具有多孔性、低密度和高比表面积的材料，具有良好的声学、热学和光学性能，被广泛应用于绝热材料、催化剂载体、吸附剂等领域。
在制备二氧化硅气凝胶的过程中，干燥工艺是关键环节之一。
本文将重点讨论常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究。
二、常压干燥工艺原理常压干燥是指在常温下进行干燥的一种工艺。
在常压下，液态溶剂经过蒸发，将物质从凝胶状态转变为固体状态。
在进行二氧化硅气凝胶的常压干燥的过程中，需要将溶剂从凝胶中蒸发，使得凝胶中的二氧化硅颗粒逐渐接触，最终形成孔隙结构。
常压干燥的关键是控制干燥速率和温度，以防止产生裂纹和变形。
还需要考虑干燥过程中的内部应力和外部支撑结构，以保持凝胶的形状和结构。
三、工艺参数优化1. 溶胶凝胶制备在制备二氧化硅气凝胶的过程中，首先需要制备溶胶凝胶。
一般来说，采用正硅酸乙酯为硅源，通过水解缩聚反应制备溶胶。
在这一步骤中，需要控制溶剂的用量、酸碱度和搅拌速度，以获得均匀的溶胶。
2. 凝胶成型制备好的溶胶需要进行凝胶成型，通常采用注模成型或者超临界干燥成型。
在这一步骤中，需要采用适当的成型工艺和模具，以保持凝胶的形状和结构。
3. 常压干燥常压干燥是最关键的一步，需要控制温度和湿度，使得溶剂能够逐渐蒸发，形成孔隙结构。
在这一步骤中，需要考虑干燥速率、温度梯度和曝气条件，以防止产生裂纹和变形。
四、工艺改进和优化在实际生产中，常压干燥工艺存在一定的问题，如干燥速率不均匀、产生裂纹和变形等。
针对这些问题，可以采取以下改进和优化措施：1. 引入表面活性剂或增稠剂，以改善凝胶的流动性和可成型性，从而提高常压干燥的效率和质量。
2. 优化常压干燥的工艺参数，如温度、湿度和曝气条件，以获得更好的干燥效果。
3. 采用异步双向干燥法，即先在一个方向上进行干燥，再改变方向进行干燥，以减少干燥速率不均匀导致的裂纹和变形。
4. 采用热解干燥或者微波干燥等新型干燥技术，以提高干燥效率和质量。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
二氧化硅气凝胶是一种介孔材料，具有高度的比表面积和孔隙结构，具有广泛的应用前景。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶是一种简单、经济且有效的方法。
本文将对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行研究，并探讨其制备条件和影响因素。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺步骤如下：
1. 水合胶体溶液的制备：将硅酸盐溶液与酸性溶液混合，生成胶体溶液。
2. 凝胶形成：将胶体溶液静置一段时间，形成凝胶体。
3. 干燥处理：将凝胶体在恒温下自然干燥，去除水分，形成二氧化硅气凝胶。
制备条件是影响二氧化硅气凝胶性能的重要因素。
首先是溶液浓度和酸碱度，这会影响凝胶形成速度和凝胶体的微观结构。
适当的溶液浓度和酸碱度可以使凝胶形成均匀、有序，提高二氧化硅气凝胶的孔隙结构和比表面积。
其次是凝胶形成时间和温度，这会影响凝胶体的稳定性和孔隙结构。
合适的凝胶形成时间和温度可以使凝胶形成充分、稳定，并且孔隙结构分布合理。
再次是干燥时间和温度，这会影响气凝胶的收缩程度和孔隙结构。
适当的干燥时间和温度可以使气凝胶收缩度小，孔隙结构保持较好。
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Preparation of Hydrophobic SiO2 Aerogels at Ambient Pre ssure
CHEN Yi2min , XIE Kai , HONG Xiao2bin , XIAO Jia2yu
陈一民 ,谢 凯 ,洪晓斌 ,肖加余
(国防科技大学 航天与材料工程学院 ,湖南 长沙 410073)
Vol. 27 No. 2 2005
摘 要 :以聚二乙氧基硅氧烷 (PDEOS) 为原料 ,用甲基三乙氧基硅烷 (MT ES) 对制得的醇凝胶进行表面改 性 ,经乙醇和正己烷洗涤 ,在常压条件下干燥后得到疏水二 氧化硅气凝胶 。研究表明 :溶胶 —凝胶体系中各 组分的最佳配比为 C2 H5OH∶PDEOS∶HF ∶H2O = 20∶10∶3∶0. 5 (重量比) ;当 MTES/ PDEOS(重量比) 大于 1. 2 时 , 经表面改性的疏水二氧 化硅 气凝胶与水的接触角大于 110°,其密度和比表面积分别在 125～160kg/ m3 和 560 ～900m2/ g 范围 。
Ξ 收稿日期 :2004 - 10 - 09 基金项目 :航天支撑技术基金资助项目 (2002 - HT - GFKD - 006) ;国防科技 大学校预研资助项目 作者简介 :陈一民 (1963 —) ,男 ,副教授 ,博士 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图 1 改性后二氧化硅气凝胶的红外光谱 Fig. 1 F TIR spectrum of modified silica aerogels
Fig.
2
图 2 疏水气凝胶表面的水珠 Water of hydrophobic silica aerogel
surface
从图 1 可以看出 ,在 2975cm - 1 ,1392cm - 1 ,850cm - 1附近出现了峰 ,说明 二氧化硅气凝胶在表面改性 后 ,气凝胶骨架表面接上了硅甲基 ;在 1088cm - 1 ,461cm 附- 1近出现的峰分别代表 Si2O2Si 的反对称伸缩振 动和弯曲振动 。在 960cm - 1附近存在的峰代表 Si2OH 伸缩振动的峰基本不明显 ,这说明二氧化硅气凝胶 在经 MTES 表面疏水改性后硅羟基非常少 。
由于超临界干燥存在的问题 ,替代在高温高压或高压下的超临界干燥制备二氧化硅气凝胶工 艺成 为国内外研究的重点 。常压干燥不需要高压干燥设备 ,气凝胶的制备条件温和 ,有利于 气凝胶进行工 业化大规模生产[3 - 4 ] 。
1 实验部分
1. 1 试剂 聚二乙氧基硅氧烷 ,工业品 ;无水乙醇 ,分析纯 ; HF(40wt %) ,分析纯 ;甲基三乙氧基硅烷 ,化学纯 。
表 1 乙醇用量与凝胶时间的关系 Tab. 1 Relation between alcohol and gelation time
C2 H5OH∶PDEOS (mass ratio)
1. 1
2. 0
2. 9
4. 1
4. 9
Gelation time (min)
8. 1
12. 5
14. 9
17. 6
为了在常压下干燥制备气凝胶 ,必须对凝胶进行表面改性 ,使凝胶表面的羟基被惰性基团取 代并 得到疏水表面 ,从而避免干燥时凝胶孔表面羟基之间的相互缩合引起的不可逆收缩及凝 胶结构的破 坏 ,同时使凝胶骨架表面具有一定的憎水性 ,骨架和溶剂之间的接触角增大 ,大 幅度地减少毛细管的附 加压力[3 ,4] 。改性后得到的二氧化硅气凝胶 ( KD - 4) 的红外 光谱如图 1 所示 。
20∶0. 5 (重量比) ,研究了催化剂对凝胶时间的影响 ,结果如表 3 所示 。
表 3 催化剂用量对凝胶时间的影响 Tab. 3 Effect of catalyst concentration on gelation time
HF∶PDEOS(mass ratio )
0. 061
0. 075 0. 1 00
HO [ Si - O ]9 OH + 2OC2H5OH
OC2 H5
OH
(A) (B)
水解产物 (B) 缩聚形成三维网络结构的凝胶 。在 PDEOS 体系的溶胶 —凝胶过程中 ,溶剂乙醇用
量 、水量和催化剂对溶胶 —凝胶过程有明显的影响 。
2. 1. 1 乙醇用量对凝胶时间的影响 乙醇不仅是反应体系的溶剂 ,同时还是 PDEOS 水解反应的产物 。在其它反应物配比固定 为 PDEOS ∶HF∶H2O = 10∶3∶0. 5 (重量比) 时 ,乙醇的用量对凝胶时间的关系如表 1 所示 。
国 防 科 技 大 学 学 报 第 27 卷第 2 期 JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DE FENSE TECHNOLOGY 文章编号 :1001 - 2486 (2005) 02 - 0011 - 04
常压干燥制备疏水 SiO2 气凝胶 Ξ
1 2 国 防 科 技 大 学 学 报 2005 年第 2 期
1. 2 醇凝胶的制备 按一定的配比将聚二乙氧基硅氧烷与乙醇于烧杯中混合 ,在磁力搅拌器的搅拌下往烧杯 中慢慢加
入水和催化剂 。继续搅拌 2min ,使反应物混合均匀 。将混合液倒入试管密封 ,然后 置于 60 ℃水浴中 。 待凝胶形成后 (将试管倾斜 45°,试管内液体不发生明显的流动 ,说明已 凝胶) ,加入一定量的无水乙醇 继续老化 ,每隔 24h 换一次无水乙醇 ,老化总时间为 4 天 。 1. 3 醇凝胶的改性 、洗涤和干燥
0. 250
0. 300
Gelation time (min)
42
28
17
11
6
由表 3 可知 ,随着催化剂用量的增加 ,凝胶时间下降 ,这是因为加入催化剂以后 ,加快了 PDE OS 的 水解 ,生成硅酸加快 ,提高了缩聚反应速度 ,缩短了凝胶时间 。
综上所述 ,乙醇 、水 、催化剂对凝胶时间有很大的影响 ,考虑以上因素对气凝胶的结构和性 能等方 面的影响 ,最终确定溶胶 —凝胶体系的配比为 C2H5OH∶PDEOS∶HF∶H2O = 20∶1 0∶3∶0. 5 (重量比) 。 2. 2 凝胶的表面形貌和疏水性
2 结果与讨论
2. 1 溶胶 —凝胶过程
PDEOS(A) 与正硅酸乙酯的预聚物结构相似 ,相当于正硅酸乙酯已进行了多次水解和缩合 ,因 此以 PDEOS 作为原料时 ,形成凝胶所需的水解程度较以正硅酸乙为原料时低 ,所需的水量要 少 。PDEOS 的 水解过程为 :
OC2 H5
OH
C2 H5O [ Si - O ]9 OC2H5 + 2OH2O
PDEOS∶H2O (mass ratio )
0. 1
0. 15
0. 3
0. 5
0. 7
Gelation time (min)
2. 2
3. 4
Байду номын сангаас18. 3
31. 1
67
2. 1. 3 催化剂对凝胶时间的影响 催化剂对凝胶时间也有重要影响 ,本文以氢氟酸 (40wt %) 作为催化剂 ,PDEOS∶C2H5OH∶H2O = 10∶
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陈一民 ,等 :常压干燥制备疏水 SiO2 气凝胶
13
表 2 水量对凝胶时间的影响 Tab. 2 Effect of water concentration on gelation time
(College of Aerospace and Material Engineering , National Univ. o f Defense Technology , Changsha 410073 , China)
Abstract :The alcogel prepared by sol2gel process of polyd ieth oxysiloxane ( PDEOS) according to the mass ratio of C2 H5OH∶ PDEOS∶HF∶H2O = 20 ∶10∶3∶0. 5 , was modified by methyltriethoxysilane (MTES) and washed with alcoho l a nd n2hexane. The obtained gel was then dried under ambient pressure to prepare hyd rophobic SiO2 aerogel. It is shown that hydrophobic SiO2 aerogels can be obt ained when the mass ratio of MTES/ PDEOS is higher than 1. 2. The contact angle b etween hydrophobic SiO2 aerogels and water is larger than 110°, the densities and specific surface areas of hydrophobic SiO2 aerogels are in the range of 1 25～160kg/ m3 and 560～ 900m2/ g respectively.
20. 7
由表 1 可知 ,随着乙醇用量的增加 ,凝胶时间不断延长 。这是因为随着溶剂用量的增加 , 水解和缩 聚反应的反应物浓度都减小 ,降低了水解和缩聚速度 ;同时也使单位体积内由缩聚 反应形成的小粒子 簇数目变少 ,因而需要更多的相互交联才能形成充满整个容器的大粒子簇 ,两者共同作用导致凝胶时 间变长 。所以 ,随乙醇用量的增加 ,凝胶时间逐渐增大 。