三聚氰胺-甲醛(MF)氣凝膠的制備及其改性的研究.pdf

1、本文簡要綜述了三聚氰胺－甲醛（MF）有機(jī)氣凝膠的基本特性、制備方法、表征手段和其國內(nèi)外研究概況；通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)了MF氣凝膠制備工藝，探索了具有激光慣性約束聚變（ICF）實(shí)驗(yàn)應(yīng)用前景的改性及摻雜MF氣凝膠的制備方法。主要工作及相應(yīng)結(jié)果如下：
　　1）采用溶膠－凝膠工藝、溶劑置換和CO2超臨界流體干燥方法制備出性能優(yōu)良、具有納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MF氣凝膠；深入研究了反應(yīng)物總濃度，凝膠溫度變化對凝膠時(shí)間的影響，對凝膠過程中粒子及團(tuán)簇的生長

2、進(jìn)行了分析，對凝膠化過程的理論分析進(jìn)行了驗(yàn)證；通過在溶膠中加入堿的方法改進(jìn)了MF氣凝膠的制備工藝，縮短了凝膠時(shí)間，降低了凝膠密度；通過Materials-Studio上Dmol3以及半經(jīng)驗(yàn)的Vamp模塊進(jìn)行模擬計(jì)算，得到升高溫度可加快凝膠速度的結(jié)論，并選用二甲基亞砜（DMSO）代替水進(jìn)行MF凝膠的制備，極大地縮短了凝膠時(shí)間。對不同方法制備的MF氣凝膠進(jìn)行了表征：FT-IR顯示三種不同方法制備的MF氣凝膠化學(xué)結(jié)構(gòu)相差無幾，僅是高溫溶劑法所

3、制備的氣凝膠由于反應(yīng)溫度較高的影響，使得其紅外圖的C-H鍵伸縮振動(dòng)峰較強(qiáng)。采用HRTEM，F(xiàn)ESEM和BET法對所制備的氣凝膠的多孔性進(jìn)行了表征，其中常規(guī)法所制備的氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)較一致，且孔徑分布較均一，而加堿法和耐高溫溶劑法制備的氣凝膠效果次之。
　　2）通過在溶膠-凝膠過程中向MF溶膠體系中加入間苯二酚－甲醛預(yù)聚體的方法結(jié)合CO2超臨界流體干燥技術(shù)制備出具有納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的酚改性 MF氣凝膠。結(jié)果表明此改性MF氣凝膠，在凝膠化過

4、程中所需時(shí)間較純MF氣凝膠短。用總反應(yīng)濃度為5％的溶膠，經(jīng)過溶膠－凝膠過程和超臨界流體干燥過程，最終制得密度約為55mg/cm3的酚改性 MF氣凝膠樣品。并通過改變不同的三聚氰胺/間苯二酚（M/R）值，制備出四種不同的改性MF氣凝膠。其濕凝膠和氣凝膠的光學(xué)照片均顯示出隨M/R值的增大，其顏色越緊接純MF，透明性也降低。FT-IR法的分析結(jié)果表明改性氣凝膠化學(xué)結(jié)構(gòu)相差無幾；采用HRTEM，F(xiàn)ESEM和BET的分析結(jié)果表明隨著M/R值的增加

5、，氣凝膠的骨架結(jié)構(gòu)和孔的結(jié)構(gòu)改變：氣凝膠的骨架由納米顆粒堆積成鏈球狀的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)轭愃朴?MF氣凝膠的納米粒子堆積成樹枝狀分杈型結(jié)構(gòu)，同時(shí)孔徑也逐漸增大，SBET降低，孔容減少。改性MF氣凝膠的TGA圖譜分析則顯示出，改性MF氣凝膠的分解溫度較MF氣凝膠低，隨著體系內(nèi)三聚氰胺含量的增加，分解溫度越緊接MF氣凝膠。
　　3）采用在溶膠-凝膠過程中向MF溶膠體系中加入鈦溶膠的方法結(jié)合CO2超臨界流體干燥技術(shù)制備出具有納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)

6、構(gòu)的TiO2摻雜MF氣凝膠。在凝膠過程中，發(fā)現(xiàn)摻入MF體系內(nèi)且最終可形成穩(wěn)定凝膠的鈦溶膠的量是一定，超過此量將容易使得溶膠內(nèi)的鈦溶膠粒子發(fā)生團(tuán)聚、沉淀，得不到穩(wěn)定的、分散均勻的摻鈦MF凝膠。通過對SEM、TEM照片和BET的圖譜分析，摻鈦后的MF氣凝膠仍具有多孔三維網(wǎng)絡(luò)狀骨架結(jié)構(gòu)。從TEM照片中可以明顯看出有晶體存在于骨架上，通過 EDS分析，這些晶體就是我們摻入的鈦元素形成的氧化物晶體，對TEM照片內(nèi)的晶體面間距的測量結(jié)果顯示晶體的面