聚合物改性二氧化硅气凝胶的制备及性能研究

发布时间：2022-07-07 14:48

　　SiO₂气凝胶以其优异的性能,如低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率和独特的孔结构在许多领域有着极大的研究价值和广阔的应用前景。然而,SiO₂气凝胶骨架特殊的串珠状结构造成了其力学性能差的缺点,阻碍着SiO₂气凝胶的大规模应用。针对这一问题,本文以聚合物增强改性气凝胶为研究重点,分别采用溶液浸泡聚合物改性法、纳米碳纤维联合聚合物改性法及热致相分离法制备了聚合物改性SiO₂气凝胶,并对其结构性能进行了表征分析,在改善气凝胶的力学性能的同时,力求简化制备工艺、减少有机溶剂用量、最大程度保留气凝胶低密度高孔隙率的特点。具体研究内容如下所示:（1）采用溶液浸泡聚合物改性法制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）改性SiO₂气凝胶。以廉价的水玻璃为硅源,通过溶胶-凝胶法制备了 SiO₂湿凝胶,采用不同浓度的甲基丙烯酸甲酯单体/乙醇混合溶液对凝胶进行改性,在常压干燥条件下制备了 PMMA改性Si02气凝胶,并进一步研究了不同硅烷偶联剂（TMSPM）浓度及聚合物单体浓度对改... 

【文章页数】：161 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 气凝胶概述
    1.2 SiO_2气凝胶的特性及应用
        1.2.1 SiO_2气凝胶在保温防火领域的应用
        1.2.2 SiO_2气凝胶在生物医药领域等应用
        1.2.3 SiO_2气凝胶在吸附催化领域的应用
        1.2.4 SiO_2气凝胶在声学领域的应用
        1.2.5 SiO_2气凝胶在其他领域的应用
    1.3 SiO_2气凝胶的制备
        1.3.1 溶胶-凝胶过程
        1.3.2 凝胶的老化
        1.3.3 常用干燥方法
    1.4 聚合物增强改性SiO_2气凝胶的研究进展
        1.4.1 溶液浸泡聚合物改性法
        1.4.2 化学气相沉积聚合物改性法
        1.4.3 纳米碳纤维联合聚合物改性
        1.4.4 其他增强改性方法
    1.5 热致相分离法概述
        1.5.1 液-液相分离
        1.5.2 固-液相分离
    1.6 论文选题的意义和目的
    1.7 研究内容与技术路线
        1.7.1 研究内容
        1.7.2 技术路线
2 聚甲基丙烯酸甲酯改性SiO_2气凝胶的制备、结构及性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料及设备
        2.2.2 SiO_2湿凝胶的制备
        2.2.3 聚甲基丙烯酸甲酯改性SiO_2气凝胶的制备
        2.2.4 疏水SiO_2气凝胶的制备
        2.2.5 SiO_2气凝胶的结构及性能测试
    2.3 聚甲基丙烯酸甲酯改性SiO_2气凝胶的制备机理
        2.3.1 水玻璃制备SiO_2气凝胶的溶胶-凝胶过程
        2.3.2 PMMA对SiO_2气凝胶的改性机理
        2.3.3 SiO_2气凝胶的表面疏水改性机理
        2.3.4 PMMA改性SiO_2气凝胶的红外光谱分析
    2.4 硅烷偶联剂对气凝胶结构性能的影响
        2.4.1 不同硅烷偶联剂浓度对气凝胶微观形貌的影响
        2.4.2 不同硅烷偶联剂浓度对改性气凝胶热稳定性的影响
    2.5 聚合物单体浓度对气凝胶结构性能的影响
        2.5.1 不同聚合物单体浓度对SiO_2气凝胶物理性能的影响
        2.5.2 不同聚合物单体浓度对SiO_2气凝胶微观形貌与孔结构的影响
        2.5.3 PMMA改性气凝胶的力学性能
    2.6 本章小结
3 纳米碳纤维联合聚甲基丙烯酸甲酯改性SiO_2气凝胶的制备及性能
    3.1 引言
    3.2 原料及设备
    3.3 纳米碳纤维的分散
        3.3.1 纳米碳纤维悬浮液的制备
        3.3.2 纳米碳纤维的分散性能研究
        3.3.3 纳米碳纤维的分散机理讨论
    3.4 表面活性剂对气凝胶结构性能的影响
        3.4.1 添加表面活性剂的SiO_2气凝胶的制备
        3.4.2 N_2吸附-脱附曲线及孔径分布
        3.4.3 添加表面活性剂的气凝胶的微观形貌
        3.4.4 添加表面活性剂的气凝胶表面分形特征
    3.5 CNFs/PMMA改性SiO_2气凝胶
        3.5.1 CNFs/PMMA改性SiO_2气凝胶的制备
        3.5.2 CNFs掺杂SiO_2气凝胶的制备
        3.5.3 CNFs/PMMA改性SiO_2气凝胶的微观形貌及孔结构
        3.5.4 CNFs掺杂PMMA改性SiO_2气凝胶的红外透过率分析
        3.5.5 CNFs/PMMA改性SiO_2气凝胶的热性能
    3.6 本章小结
4 热致相分离法制备聚甲基丙烯酸甲酯改性SiO_2气凝胶及性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 原料及设备
        4.2.2 PMMA溶液的制备及浊点温度的测定
        4.2.3 TIPS法制备PMMA改性SiO_2醇凝胶
        4.2.4 CO_2超临界干燥
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 PMMA在乙醇/水(V_(EtOH):V_(H_2O)=4:1)混合溶剂中的溶解
        4.3.2 PMMA溶液浓度对改性气凝胶基本性能的影响
        4.3.3 TIPS法制备PMMA改性SiO_2气凝胶的红外吸收光谱
        4.3.4 TIPS法制备PMMA改性SiO_2气凝胶的微观形貌及孔结构
        4.3.5 TIPS法制备PMMA改性SiO_2气凝胶的热性能
        4.3.6 TIPS法制备PMMA改性SiO_2气凝胶的力学性能
    4.4 本章小结
5 乙烯-乙烯醇共聚物增强改性SiO_2气凝胶的制备及性能
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 原料及设备
        5.2.2 乙烯-乙烯醇共聚物溶液的制备
        5.2.3 乙烯-乙烯醇共聚物改性SiO_2醇凝胶的制备
        5.2.4 CO_2超临界干燥
        5.2.5 结构及性能表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 EVOH改性气凝胶的基本性能
        5.3.2 EVOH改性气凝胶的红外光谱
        5.3.3 EVOH改性气凝胶的微观形貌及孔结构
        5.3.4 EVOH改性气凝胶的热性能
        5.3.5 EVOH改性气凝胶的力学性能
    5.4 改性方法与材料性能对比
        5.4.1 改性方法对比
        5.4.2 力学性能对比
        5.4.3 热学性能对比
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2气凝胶干燥技术的研究进展[J]. 孟继智,李娟娟,石友昌,陈武超,闫磊,高歌.  化工科技. 2016(02)
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[4]遮光剂对SiO2气凝胶热辐射特性影响的理论研究[J]. 苏高辉,杨自春,孙丰瑞.  哈尔滨工程大学学报. 2014(05)
[5]硅藻土制备介孔SiO2气凝胶[J]. 王宝民,宋凯,韩瑜,张婷婷,王立久.  土木建筑与环境工程. 2013(02)
[6]酸种类对以硅溶胶为原料、常压制备的SiO2气凝胶性能的影响[J]. 卢斌,孙俊艳,魏琪青,胡科,周强.  硅酸盐学报. 2013(02)
[7]纳米复合隔热材料辐射与导热耦合传热[J]. 赵俊杰,段远源,王晓东,王补宣.  工程热物理学报. 2012(12)
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[9]二氧化硅气凝胶的气相热导率模型分析[J]. 段远源,林杰,王晓东,赵俊杰.  化工学报. 2012(S1)
[10]粉煤灰制备SiO2气凝胶及其复合材料的研究进展[J]. 王宝民,马海楠,韩瑜,张源.  材料导报. 2012(09)

博士论文
[1]介孔SiO2材料及相应复合气凝胶体系的合成[D]. 赵善宇.大连理工大学 2010

硕士论文
[1]利用高铝粉煤灰制备氧化硅气凝胶的实验研究[D]. 王蕾.中国地质大学（北京） 2006



本文编号：3656618