SiO2气凝胶的常压干燥制备及在隔热纺织品中的应用

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Si02气凝胶是分散介质为气体的凝胶材料,具有纳米结构、高比表面积、高孔隙率、低密度、低介电常数和极好的隔热性能,具有广泛的应用前景。SiO2气凝胶可通过溶胶-凝胶法制备。制备硅气凝胶的前驱体主要是硅的醇盐。干燥方式主要有超临界干燥和常压干燥。超临界干燥通过控制压力和温度,使溶剂达到其本身的临界点,可在维持骨架结构的前提下完成湿凝胶向气凝胶的转变。但超临界干燥工艺耗能高,设备昂贵且复杂,难以进行连续性及规模化生产。常压干燥制备气凝胶为了防止在干燥过程中发生收缩、变形和碎裂,通常采取溶剂替换,表面修饰的方法减小毛细管作用力,采取分级干燥的方式。气凝胶导热系数极低,可用于制备隔热涂层织物,阻隔太阳辐射,从而降低织物覆盖物内部的温度,起到节能和隔热作用,具有较好的应用前景。本文的研究内容如下:(1)以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,以甲醇为溶剂,以乙二酸和氨水为催化剂,通过溶胶凝胶法常压干燥制备SiO2气凝胶。MTMS作为前驱体可制备弹性SiO2气凝胶,流程较为简单,可以避免溶剂替换,表面修饰等步骤,节约时间降低成本。综合研究反应条件(甲醇/MTMS摩尔比,凝胶化温度,氨水浓度)对气凝胶导热系数,密度、比表面积和孔径的影响。本文制备了导热系数在0.03~0.04W/(m·K)之间,比表面积在450~650m2/g之间的SiO2气凝胶。以FT-IR分析了SiO2气凝胶的化学结构;利用扫描电镜观察气凝胶的表观形貌,可看到三维网络孔洞结构;热重分析表明气凝胶200℃以下结构稳定,200~800℃出现20%的失重。(2)研究SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及SiO2气凝胶-TiO2复合隔热涂层的性能。以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,以聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上涂层。研究功能粒子用量和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比2:8,气凝胶占涂层剂质量分数10%时,织物隔热性能最好,较原织物隔热性能显著提高。SiO2气凝胶-TiO2复合涂层隔热性能优异。涂层织物较原织物断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外线性能提高,摩擦牢度好。采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层,其隔热性能显著提高。
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