光產(chǎn)酸制備二氧化硅氣凝膠及其性能研究.pdf

1、二氧化硅氣凝膠是一種低密度多孔的材料，由二氧化硅粒子的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它是一種具有很多優(yōu)異性能的材料，除密度低、孔隙率高外，二氧化硅氣凝膠的比表面積高、熱導(dǎo)率低、介電常數(shù)低、折射率低。由于具有如此多的優(yōu)異性能，二氧化硅氣凝膠具有應(yīng)用在諸多領(lǐng)域的潛力，例如:航天航空材料、環(huán)境保護(hù)、催化劑的載體、儲能材料、隔熱材料等。但是在日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中，二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用并不像很多發(fā)泡材料應(yīng)用廣泛，這主要是兩方面的原因:(1)二氧化硅氣凝膠由于自

2、身結(jié)構(gòu)的特點使得該材料的力學(xué)性能很差，容易破碎，難以作為結(jié)構(gòu)支撐材料;(2)傳統(tǒng)制備二氧化硅氣凝膠的方法需要使用超臨界等復(fù)雜的工藝和手段，目前雖有常壓干燥的方法被開發(fā)出來，但是制備過程依然復(fù)雜、漫長，生產(chǎn)成本很高。因此，若要實現(xiàn)該材料的大規(guī)模工業(yè)化，需要開發(fā)出簡單、快速制備力學(xué)性能優(yōu)良的二氧化硅氣凝膠。
　　本論文以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）和一種帶可聚合雙鍵的硅氧烷(TESEA)為硅源，通過光聚合和溶膠-凝膠兩個反應(yīng)制備凝膠，

3、濕凝膠經(jīng)常壓干燥得到氣凝膠。本研究利用光產(chǎn)酸劑(PAG)在紫外光作用下同時產(chǎn)生Br(o)nsted酸(HSbF6)和自由基，自由基能夠引發(fā)丙烯酸酯雙鍵的自由基聚合生成聚合物，而酸則催化硅氧烷的水解和縮聚反應(yīng)，通過這樣的方法能夠在短時間內(nèi)一步制備聚合物交聯(lián)的凝膠。本文探討了包括硅源結(jié)構(gòu)、硅前體濃度、TESEA含量等對二氧化硅氣凝膠結(jié)構(gòu)和性能的影響，尋找最佳的工藝和配方條件。本文還將PDMS加入到凝膠體系中，進(jìn)一步改善了材料的力學(xué)等性能。<

4、br>　　取得的研究結(jié)果如下:(1)TESEA的丙烯酸雙鍵能夠被PAG光照所產(chǎn)生的自由基引發(fā)聚合生成聚丙烯酸酯，而PAG產(chǎn)生的Br(o)nsted酸(HSbF6)又能夠催化硅氧烷的水解和縮聚反應(yīng)，因此在PAG的作用下能夠一步生成聚合物交聯(lián)的二氧化硅氣凝膠，且大幅縮短凝膠時間。(2)當(dāng)TESEA占硅源質(zhì)量的18wt％、PDMS占硅源質(zhì)量的8wt％、MTMS占硅源質(zhì)量的74wt％，硅源為硅源和水總質(zhì)量的25wt％時，體系能夠通過紫外光作用在

5、16min內(nèi)快速凝膠，該配方下制備的氣凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其模量為30.8kPa，能夠被壓縮原高度的60％，被重復(fù)20次壓縮40％而不被損壞，且測試結(jié)束24h后恢復(fù)原形狀高度。該氣凝膠同時具有很強(qiáng)的疏水性，疏水角為141°。(3)由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和疏水性，該材料可以被應(yīng)用到油水分離中。經(jīng)過吸附試驗證明該材料能夠吸附自身質(zhì)量幾倍到十幾倍的有機(jī)溶劑，吸油后的氣凝膠能夠輕松進(jìn)行分離。該氣凝膠在作為油水分離材料時能夠重復(fù)使用，在重復(fù)1