纖維素-SiO2復合氣凝膠的原位合成及組織結構表征.pdf

1、SiO2氣凝膠是一種具有低熱導率的隔熱材料，但是其纖細的網絡多孔結構導致材料具有較高脆性，嚴重制約該材料實際應用。因此，對SiO2氣凝膠進行有效的柔韌化具有重要的研究與實用價值。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、有機聚合物氣凝膠性能的基礎上，又融入了自身很多優(yōu)異的性能。針對此問題，本論文綜合考慮了纖維素氣凝膠和SiO2氣凝膠的特點，以纖維素氣凝膠為模板，原位生成纖維素-SiO2有機—無機雜化復合氣凝膠，并對其組

2、織結構與力學行為進行表征和分析。
　　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復合氣凝膠。研究了纖維素含量、再生時間、再生液類型以及干燥條件等對氣凝膠復合過程的影響。結果顯示，纖維素-SiO2復合氣凝膠具有多孔特征。當纖維素含量為3.2％時，復合氣凝膠呈現(xiàn)較高的孔隙率。隨著纖維素含量的增加，復合氣凝膠中可結合更多的S iO2凝膠顆粒。無機SiO2顆粒引入可提高纖維素

3、材料的熱穩(wěn)定性。當再生時間達到6 h時，纖維素構建的交聯(lián)網絡骨架、表面網絡孔結構最完善。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構的纖維素-SiO2復合氣凝膠。
　　制得的纖維素-SiO2復合氣凝膠同時具有I型纖維素和II型纖維素的晶向特征。參與復合的非晶態(tài)SiO2凝膠顆粒隨著再生時間的延長而增多，并且與纖維素之間的鍵合作用隨再生時間的延長而加強。纖維素再生時，在纖維素分子內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構。SiO2凝膠上的Si–OH基團實現(xiàn)了與纖維素表面–OH的脫水縮合作用，從而實現(xiàn)SiO2與纖維素間的有機—無機雜化。復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。
　　力學行為表征結果顯示，SiO2凝膠顆粒的引入使纖維素-SiO2復合氣凝膠的力學特性得以提高。短時再生條件下，復合氣凝膠的強度主要源于微晶纖維素構成的骨架結構，包裹