原位聚合法制备疏水型sio

原位聚合法制备疏水型sio

由于sio2天凝胶具有独特的纳米多孔网络结构、低折射、热导率、气体选择性等特点，可用作隔热材料、隔声材料和过滤材料。一般来说，制备的sio2天凝胶表面含有大量亲水性基团硅羟基，因此在空气中很容易吸收和破裂，这影响了声音、光和物理性能，限制了sio2天凝胶的广泛应用。目前，用于解决sio2天凝胶的问题，主要有两种方法：第一，表面处理，即表面处理的应用表面活性剂的活性，并将sio2天凝胶表面上的羟基活性转化为良性。为了达到排水的目的，需要建立一个原位聚合工艺。也就是说，在溶胶凝胶系统中添加含有糊精酸的硅醇盐，通过溶解凝胶过程直接形成sio2凝胶。通过超声干燥后，可以获得一系列致密的sio2凝胶。为了达到排水的目的，本文以三乙氧基硅烷（mtes）为改性剂，通过原位聚合物法制备了稀疏水的sio2凝胶，并对其结构进行了表征。1实验部分1.1溶剂及萃取设备正硅酸四乙酯(TEOS)、NH3·H2O,国药集团化学试剂有限公司;无水乙醇,上海凯迪化学试剂有限公司;HCl,南京奥佳化工有限公司;NaOH,广东省汕头市西陇化工厂;甲基三乙氧基硅烷,安徽省凤台县淮河化工厂.HA400-50-012乙醇超临界干燥装置,华安超临界萃取设备有限公司;PHS-25数显pH计,上海雷磁仪器厂;HJ-6A磁力加热搅拌器,常州国华电器有限公司.1.2疏水型sio气凝胶的制备将一定量的TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水倒入烧杯中,加入少量HCl调节其pH,然后在60℃下搅拌使其迅速水解.90min后加入少量NH3·H2O调节其pH使其缩聚,继续搅拌60min,静置一段时间后形成SiO2湿凝胶.将得到的SiO2湿凝胶在乙醇和TEOS混合溶液中老化48h,老化后的湿凝胶在乙醇超临界条件下干燥,即可得到疏水型SiO2气凝胶.1.3孔径结构及接触角分析采用美国Micromeritics公司生产的ASAP2020-M全自动比表面积及微孔物理分析仪来测试试样的孔结构和孔径分布;采用Kruss公司的DSA100型视频接触角分析仪来测试试样与水的接触角以确定其疏水亲油性;采用傅里叶红外-拉曼光谱仪分析气凝胶的表面官能团;采用Perkin-Elmer公司的热分析系统差热扫描量热法(TG-DSC)测试试样的热稳定性.2结果与讨论2.1第类等温线图1是疏水SiO2气凝胶对N2的吸附-脱附等温线.N2和SiO2气凝胶表面的吸附一开始就是多分子层吸附,该曲线为典型的第Ⅲ类等温线,开始一段曲线较凹,说明吸附质N2和SiO2气凝胶之间的作用力很弱,当压力接近饱和蒸气压p0时,曲线呈趋于与纵轴平行的渐近线,这是吸附质在固体颗粒间凝聚的典型表现.并且吸附分支和脱附分支的分离发生在中等大小的相对压力(p/p0)处,且2个分支都很陡,说明SiO2气凝胶的孔形状是一种两端都开放的管状毛细孔结构.2.2sio气凝胶的孔径分布由N2吸附法测得的疏水SiO2气凝胶的比表面积为674.47m2/g、孔体积为4.13cm3/g,孔径分布如图2所示.由图2可见,SiO2气凝胶的孔径分布在1~50nm,孔径分布较宽但主要集中在15~20nm,由此可知所制备的SiO2气凝胶为最可几孔径是16nm的典型介孔物质.2.3织物上吸附水h—疏水SiO2气凝胶的水特性图3为疏水改性前和疏水改性后SiO2气凝胶的红外光谱.图3中谱峰1081、800和456cm-1分别由组成疏水性SiO2气凝胶骨架的Si—O—Si反对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动引起的;在3452cm-1附近出现的宽峰和1628cm-1附近出现的小峰分别对应吸附水H—OH的不对称伸缩振动和弯曲振动,说明该试样放置于空气中仍然会吸附微量的水分,但量很少;2969~2902cm-1的一系列小峰是—CH3中C—H的对称伸缩振动和不对称伸缩振动引起的,1452和956cm-1附近的一系列小峰是—CH3中C—H的简式弯曲振动和平面摇摆弯曲振动引起的,疏水改性后振动强度明显加强,表面经过疏水改性的气凝胶,其表面的—CH3数量大大增加;1275、842和569cm-1处的小峰是Si—CH3振动引起的,疏水改性后振动明显加强,这说明疏水改性的SiO2气凝胶骨架上连有很多的疏水基团.图4为疏水SiO2气凝胶表面的水珠照片.水在亲水的表面会渗入材料内部,气凝胶亲水后会发生破裂现象,而试验过程中未出现试样破裂,并且由图4可见,气凝胶表面的水珠呈圆形,经测量SiO2气凝胶与水珠的接触角为160°,因此制得的SiO2气凝胶为疏水性气凝胶.2.4温升结果表1疏水SiO2气凝胶以20℃/min的升温速率从室温升至1000℃,进行热质量损失分析,结果见图5.由图5可知:80℃左右时,开始出现质量损失,当温度继续上升到235℃时,总的质量损失为0.41%,这主要是由于试样孔隙及表面残余的少量乙醇和水蒸气所致;当温度上升到244.5℃时,出现明显的放热峰,质量损失也明显增加,这是由于气凝胶表面的硅甲基(Si—CH3)氧化成硅羟基(Si—OH)而放热所致,并且由于硅羟基之间会发生缩合反应生成水,导致凝胶质量损失,说明疏水SiO2气凝胶的耐温性为244.5℃;当温度继续上升到734℃附近时,再次出现少量质量损失(2.35%),伴随着稍微放热,这可能是由于气凝胶表面基团(—CH2)的进一步裂解而引起的.因此,疏水SiO2气凝胶具有良好的热稳定性,其热稳定温度为244.5℃.3纳米多孔材料1)所制备出的疏水SiO2气凝胶的接触角为160°、比表面积为674.47m2/g