纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠的原位合成及組織結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、SiO2氣凝膠是一種具有低熱導(dǎo)率的隔熱材料，但是其纖細(xì)的網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料具有較高脆性，嚴(yán)重制約該材料實(shí)際應(yīng)用。因此，對(duì)SiO2氣凝膠進(jìn)行有效的柔韌化具有重要的研究與實(shí)用價(jià)值。作為第三代氣凝膠材料，纖維素氣凝膠在繼承傳統(tǒng)SiO2氣凝膠、有機(jī)聚合物氣凝膠性能的基礎(chǔ)上，又融入了自身很多優(yōu)異的性能。針對(duì)此問題，本論文綜合考慮了纖維素氣凝膠和SiO2氣凝膠的特點(diǎn)，以纖維素氣凝膠為模板，原位生成纖維素-SiO2有機(jī)—無機(jī)雜化復(fù)合氣凝膠，并對(duì)其組

2、織結(jié)構(gòu)與力學(xué)行為進(jìn)行表征和分析。
　　以堿解纖維素為模板，分別以SiO2水溶膠和醇溶膠為再生液，采用冷凍干燥工藝方法，原位合成了纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠。研究了纖維素含量、再生時(shí)間、再生液類型以及干燥條件等對(duì)氣凝膠復(fù)合過程的影響。結(jié)果顯示，纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠具有多孔特征。當(dāng)纖維素含量為3.2％時(shí)，復(fù)合氣凝膠呈現(xiàn)較高的孔隙率。隨著纖維素含量的增加，復(fù)合氣凝膠中可結(jié)合更多的S iO2凝膠顆粒。無機(jī)SiO2顆粒引入可提高纖維素

3、材料的熱穩(wěn)定性。當(dāng)再生時(shí)間達(dá)到6 h時(shí)，纖維素構(gòu)建的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)骨架、表面網(wǎng)絡(luò)孔結(jié)構(gòu)最完善。SiO2醇溶膠作為再生液以及冷凍干燥工藝方法更易獲得多孔結(jié)構(gòu)的纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠。
　　制得的纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠同時(shí)具有I型纖維素和II型纖維素的晶向特征。參與復(fù)合的非晶態(tài)SiO2凝膠顆粒隨著再生時(shí)間的延長(zhǎng)而增多，并且與纖維素之間的鍵合作用隨再生時(shí)間的延長(zhǎng)而加強(qiáng)。纖維素再生時(shí)，在纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵作用下，使無規(guī)則的微晶纖

4、維素平行排列并聚合，逐漸形成片層狀多孔結(jié)構(gòu)。SiO2凝膠上的Si–OH基團(tuán)實(shí)現(xiàn)了與纖維素表面–OH的脫水縮合作用，從而實(shí)現(xiàn)SiO2與纖維素間的有機(jī)—無機(jī)雜化。復(fù)合氣凝膠具有更高的比表面積和更小的平均孔徑與最可幾孔徑，這與介孔的SiO2凝膠顆粒填充到纖維素凝膠中有關(guān)。
　　力學(xué)行為表征結(jié)果顯示，SiO2凝膠顆粒的引入使纖維素-SiO2復(fù)合氣凝膠的力學(xué)特性得以提高。短時(shí)再生條件下，復(fù)合氣凝膠的強(qiáng)度主要源于微晶纖維素構(gòu)成的骨架結(jié)構(gòu)，包裹