光產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絡構成，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、熱導率低、介電常數低、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用在諸多領域的潛力，例如:航天航空材料、環(huán)境保護、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)生產中，二氧化硅氣凝膠的應用并不像很多發(fā)泡材料應用廣泛，這主要是兩方面的原因:(1)二氧化硅氣凝膠由于自

2、身結構的特點使得該材料的力學性能很差，容易破碎，難以作為結構支撐材料;(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雜、漫長，生產成本很高。因此，若要實現該材料的大規(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-凝膠兩個反應制備凝膠，

3、濕凝膠經常壓干燥得到氣凝膠。本研究利用光產酸劑(PAG)在紫外光作用下同時產生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，通過這樣的方法能夠在短時間內一步制備聚合物交聯(lián)的凝膠。本文探討了包括硅源結構、硅前體濃度、TESEA含量等對二氧化硅氣凝膠結構和性能的影響，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，進一步改善了材料的力學等性能。<

4、br>　　取得的研究結果如下:(1)TESEA的丙烯酸雙鍵能夠被PAG光照所產生的自由基引發(fā)聚合生成聚丙烯酸酯，而PAG產生的Br(o)nsted酸(HSbF6)又能夠催化硅氧烷的水解和縮聚反應，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TESEA占硅源質量的18wt％、PDMS占硅源質量的8wt％、MTMS占硅源質量的74wt％，硅源為硅源和水總質量的25wt％時，體系能夠通過紫外光作用在

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