SiO_2气凝胶的常压干燥制备

曰型保温啉，2气凝胶具有，的保温性能优异对环境友好的优势。卿气凝胶有泛应胸景。己有，糊，泌2气滕本，体热导，且它的纳米多孔结构1阻止全1对热传导，使得52气凝胶材料成为种具有极低热导率的绝执材料，它是目前热导率低的固态材料3！。，传统的，气凝胶是由化工艺结合超临界干燥制备有机硅源经化工艺获得5，2凝胶，为克服凝胶干燥中产生的大面张力引起的材料的收缩和塌陷，使凝胶的多孔网络结构消失采用以洒精或，02为介质的超临界干燥工艺，去除孔洞中的液体同时维多孔网络结构，但这是个时间长，成本高，且有定危险性的工艺。受到了生产成本高产品数量少和生产周期长的制约，导致大规模生产气凝胶材料目前还难以实现。
40为源，克服超临界干燥这复杂工艺，以面修饰结合常压干燥制备了82气凝胶块体样品。结合多种测量手段，研究了5，工艺对气凝胶结构的控制作用，选择和研究了不同面修饰剂对凝胶进行修饰处理，研究面修饰机理，对获得的样品进行结构和热学特性的研究，并对5102气凝胶的生产成本进行估算。
2常压干燥82气凝胶的制备采用工业级多聚硅40为源，在酸催化条件下以工业乙醇为溶剂，使40与水混合，经室温1小时反应后获得52凝胶，凝胶用乙醇老化2天，再以硅油环己炼正己院及甲基氯硅烷等为修饰剂进行面修饰处理，面修饰1天后取出凝胶在常压下80，烘干即可得到透明气凝胶小块体颗粒。通过控制催化条件反应物配比，可以实现对凝胶微结构醇的比例可控制凝胶密度。已实现密度在50 25015；02气凝胶制备工艺流程为常压制备块体5，2气凝胶的工艺流程不意。
本项目获得上海市重点学科上海市纳米科技专项项目编号，152012资助3测量3.02气凝胶微结构的测倨采用扫描电镜SEM，CambridgeS360测量SiO2气凝胶的面网络结构形貌，2为SEM观测的常压干燥制备所得的SiO2气凝胶的形貌。结果显，以E40为硅源，经5，104工艺和常压干燥制备得到的5，2气凝胶具有纳米多孔网络结构，其孔洞大小在几几十1之间，组成骨架的颗粒大小比较均匀，也在几十左右。
3.28102气凝胶孔径分布测试采用BET自动吸附仪MicrometricsFlowSorb2300测量SiO2气凝胶块体比面积，脱气温度200C，载气为30.2N2，69.8He的混合气体。测置显，密度为120KgAn3平均孔径仅为19.5.
3.3，气凝胶的疏水特性测量采用实验室自制的接触角观测仪误差4测量5，2气凝胶块体的水接触角。经过凝胶的疏水角约为130.
3.482气凝胶的红光谱测量明显的峰来0，的反对称伸缩振动，93附近的峰5，的伸缩振动，这两个峰在中的振动都非常弱1260，1847，1附近的峰503.这明经过面修饰之后，憎水基团硅甲基已经基本取代了原先的亲水的羟基及桂轻基。在10901806 461出现的峰50，29631附近出现的峰5；0，5，说明气凝胶中还存在部分未水解的硅乙氧基团。
4讨论4.152气凝胶的面修饰处理在传统工艺中，超临界千燥在保持气凝胶的纳米孔洞结构的过程中起到了重要的作用14 5.超临界干燥是利用液体在超临界点以上气液界面的消失来避免液体的面张力对凝胶网络结构的破坏，因而必须使用高压釜。这样就在数量和成本上成为了5，2气凝胶大规模工业化生产的障碍。
研究明，引起凝胶在干燥过程中结构坍塌的主要原因是孔洞中液体在挥发过程中产生使用低面张力面修饰剂，在将凝胶孔洞中的硅羟基替换成硅甲基，以避免凝胶在干燥过程中面硅羟基由于脱水缩聚而相互粘结，同时也将孔洞内的高面张力液体以低面张力胶在干燥过程中有个先收缩再反弹的过程从而制得了具有典型纳米网络结构的5102气凝胶。
此来达到面修饰的目的=50日+003=，5，雯3 +140.3的红外谱显经过面修饰后的5，2气凝胶中的代硅甲基的峰振动较强，要比代，1和510，中的水和乙醇等高面张力的液体排出到整缸修饰液的底部，产生了明显的分层现象，使得极易水解的甲基氯硅烷能在上层修饰液中的无水状态下进行对凝胶孔洞的修饰，提高了甲基氯硅烷的修饰效率，使气凝胶的孔洞结构也能得到更好地保持。但在实验中，由于面修饰的不完全彻底和52气凝胶本身的机械强度较差，导致目前无法以常压干燥获得大块体的52气凝胶。
4.2实验室条件下制备82气凝胶的成本估算在超临界干燥中使用，2在01进行24小时的替换，随后在高压釜中进行干燥，以甲质6.能源消耗大，工艺繁琐，具有定的危险性，且制品的数量受到限制，不利于工业化生产，每升成本可能会超过千元。本文的工作中利用面修饰和常压干燥工艺代替传统的超临界千燥，大大降低5，2气凝胶的生产成本。目前以实验室规模生产10升左右的密度为100150kgAn3的Si02气凝胶，在实验室回收部分修饰液的情况下，生产成本为50元所左右。
5结论通过对溶胶结构的控制及对凝胶的面修饰处理，实现疏水型52气凝胶的常压干燥制备。测量显其比面积在6001000，化，孔径分布大值在19，左右，加之气凝胶本身拥有的较多特殊性能，且成本较低，己使32气凝胶具有实际的应用前景。
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