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CN112194180A - 一种增强气凝胶力学性能的改性方法 - Google Patents

一种增强气凝胶力学性能的改性方法 Download PDF

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CN112194180A
CN112194180A CN202011098149.XA CN202011098149A CN112194180A CN 112194180 A CN112194180 A CN 112194180A CN 202011098149 A CN202011098149 A CN 202011098149A CN 112194180 A CN112194180 A CN 112194180A
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aerogel
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陈晓红
王港
李孟
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Beijing University of Chemical Technology
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Beijing University of Chemical Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
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Abstract

本发明涉及一种增强气凝胶力学性能的改性方法。以三水合醋酸铅为铅源，钛酸四丁酯为钛源，正丙醇锆为锆源，乙二醇甲醚为溶剂。通过水浴加热反应形成锆钛酸铅前驱液，再加入去离子水，静置水解1‑3天后，再加入去离子水、环氧丙烷以及碳纳米管，从而制备出掺杂碳纳米管的锆钛酸铅溶胶，将制得的湿凝胶表面覆盖一层有机溶剂，老化静置1‑3天形成稳定网状结构的湿凝胶。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换。最后将置换好的湿凝胶进行超临界干燥，得到隔热性能、力学性能、压电性能更加优异的复合气凝胶。

Description

一种增强气凝胶力学性能的改性方法
技术领域
本发明属于无机纳米多孔材料制备技术领域，涉及一种增强气凝胶力学性能的改性方法。
背景技术
气凝胶是一种纳米颗粒相互聚合形成的高分散多孔固体材料。气凝胶材料通常具有大的比表面积，良好的隔热性能，高的孔隙率，非常低的表观密度、高的光学透明度、低的热导率。这些独特的结构使得气凝胶在力学、电磁学、热学、光学、声学等方面具有不同寻常的性能。然而，气凝胶本身结构骨架较脆、排布较为分散导致其强度较低，这些不足限制了气凝胶在承载方面的应用，除此之外气凝胶高孔隙率，低固含量，造成气凝胶的力学性能差。气凝胶力学性能差影响其在实际应用过程中的加工性能。所以，提高气凝胶的力学性能是十分重要的。目前，提高气凝胶的力学性能主要通过选择合适的前驱体，制备柔性气凝胶或与纤维编织体复合，制备复合气凝胶来实现。
目前研究发现各种纤维复合增强的气凝胶复合材料，能很好地达到增强气凝胶力学强度的目的，已经很好地满足了实际应用的需求。但是，这种纤维增强的气凝胶复合材料依然存在一些问题，其中，复合纤维的尺寸是微米级，与纳米级气凝胶颗粒在复合过程中存在明显的界面效应，结合并不是十分紧密，很容易产生裂纹缺陷，材料一旦受到破坏，应力传递会局部失效，对材料的隔热性能、压电性能有着破坏性的影响。碳纳米管是具有很好力学强度的纳米材料，与气凝胶纳米级的骨架颗粒，在微观结构上结合更紧密，对材料的力学稳定性是有益的。Ajayan等最早将碳纳米管作为填料添加到聚合物中，对聚合物进行增强改性，被改性后的聚合物被称为聚合物树脂-碳纳米管复合材料，研究表明这种材料展现了很好的力学性能。国内外许多研究人员也对PZT气凝胶进行了复合，但是制备压电性能、力学性能、隔热性能好的气凝胶较为困难。
发明内容
本发明的目的在于通过一种简单的掺杂改性使得PZT气凝胶力学性能增强。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一：将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。
步骤二：沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。
步骤三：向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。
步骤四：静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。混合均匀后分2-4次加入碳纳米管，碳纳米管的质量分数分别为0％、1％、2％、3％和4％，每次搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。
步骤五：将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。
步骤六：老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。
步骤七：将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅碳纳米管气凝胶。
具体实施方式
实施例1
将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅气凝胶。
实施例2
将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。混合均匀后分2-4次加入0.0566g碳纳米管并搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅碳纳米管复合气凝胶。
实施例3
将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。混合均匀后分2-4次加入0.1144g碳纳米管并搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅碳纳米管复合气凝胶。
实施例4
将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。混合均匀后分2-4次加入0.1733g碳纳米管并搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅碳纳米管复合气凝胶。
实施例5
将16.25ml乙二醇甲醚和2.9875g三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时。当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温。沿着杯壁缓慢地滴加1.23ml钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合。充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入1.725ml正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液。向锆钛酸铅前驱液中加入2ml去离子水，边加边搅拌，进行水解。然后将其静置2-3天。静置2-3天后，加入2ml去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入4.2ml环氧丙烷，搅拌3-5分钟。混合均匀后分2-4次加入0.2335g碳纳米管并搅拌3-5分钟。然后将混合液密封放置在60℃烘箱里使其凝胶。将湿凝胶表面覆盖一层乙二醇甲醚，在10-30℃条件下将其老化1-3天。老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇。将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。最终得到锆钛酸铅碳纳米管复合气凝胶。

Claims (4)

1.一种增强气凝胶力学性能的改性方法，其特征在于按下述步骤进行制备：
步骤一：将乙二醇甲醚和三水合醋酸铅放入烧杯中，并在60℃水浴加热搅拌0.5-1小时，当三水合醋酸铅充分溶解后，取出溶液将其冷却至室温；
步骤二：沿着杯壁缓慢地滴加钛酸四丁酯溶液，边滴边搅拌，滴加完之后持续搅拌0.5-1小时，使其充分混合，充分混合后，沿着杯壁向溶液中加入正丙醇锆溶液，边滴边搅拌，滴加完之后继续搅拌3-5分钟，从而形成锆钛酸铅前驱液；
步骤三：向锆钛酸铅前驱液中加入去离子水，边加边搅拌，进行水解，然后将其静置2-3天；
步骤四：静置2-3天后，加入去离子水，边加边搅拌，充分混合后加入环氧丙烷，搅拌3-5分钟，混合均匀后加入碳纳米管，搅拌3-5分钟，然后将混合液密封放置在加热器中使其凝胶；
步骤五：将湿凝胶表面覆盖一层有机溶剂，将其老化1-3天；
步骤六：老化后将湿凝胶置于乙醇溶剂中置换1-2周，每隔12小时换一次乙醇；
步骤七：将置换好的湿凝胶经超临界干燥工艺进行干燥，最终得到锆钛酸铅碳纳米管气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种增强气凝胶力学性能的改性方法，其特征在于：步骤四所述加入的碳纳米管的质量分数依次为0％、1％、2％、3％和4％并且是分批次加入，充分混合后，放入60℃烘箱使其快速凝胶。
3.根据权利要求1所述的一种增强气凝胶力学性能的改性方法，其特征在于：步骤五中的有机溶剂是乙二醇甲醚，老化温度10-30℃。
4.根据权利要求1所述的一种增强气凝胶力学性能的改性方法，其特征在于：步骤七中超临界干燥选用的干燥介质为二氧化碳，超临界最终达到45℃，气压为7.5MPa，干燥时间为1-2小时。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958815A (en) * 1996-06-05 1999-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method of making porous ceramics of a Pb (Zrx Ti1-x) O3 compound
CN101531490A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 山东大学 碳纳米管/锆钛酸铅/水泥压电复合材料及其制备方法
CN103551091A (zh) * 2013-11-25 2014-02-05 北京化工大学 一种气凝胶的干燥方法
US8703284B1 (en) * 2000-04-28 2014-04-22 Joel Ricardo Lee Meeks-Matous Aerogel/xerogel composite material amalgamated with single-walled carbon nanotubes for multipurpose usage
CN104129973A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 一种填充SiO2气凝胶的碳气凝胶的制备方法
CN108467059A (zh) * 2018-06-07 2018-08-31 电子科技大学 一种锆钛酸铅压电气凝胶的制备方法
CN108598384A (zh) * 2018-03-19 2018-09-28 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种复合气凝胶负极材料的制备方法
CN110627047A (zh) * 2019-10-24 2019-12-31 福建宸琦新材料科技有限公司 石墨烯/碳纳米管/二硫化镍复合气凝胶的制备方法
WO2020173911A1 (en) * 2019-02-25 2020-09-03 Henkel Ag & Co. Kgaa Composite aerogel material

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958815A (en) * 1996-06-05 1999-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method of making porous ceramics of a Pb (Zrx Ti1-x) O3 compound
US8703284B1 (en) * 2000-04-28 2014-04-22 Joel Ricardo Lee Meeks-Matous Aerogel/xerogel composite material amalgamated with single-walled carbon nanotubes for multipurpose usage
CN101531490A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 山东大学 碳纳米管/锆钛酸铅/水泥压电复合材料及其制备方法
CN103551091A (zh) * 2013-11-25 2014-02-05 北京化工大学 一种气凝胶的干燥方法
CN104129973A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 一种填充SiO2气凝胶的碳气凝胶的制备方法
CN108598384A (zh) * 2018-03-19 2018-09-28 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种复合气凝胶负极材料的制备方法
CN108467059A (zh) * 2018-06-07 2018-08-31 电子科技大学 一种锆钛酸铅压电气凝胶的制备方法
WO2020173911A1 (en) * 2019-02-25 2020-09-03 Henkel Ag & Co. Kgaa Composite aerogel material
CN110627047A (zh) * 2019-10-24 2019-12-31 福建宸琦新材料科技有限公司 石墨烯/碳纳米管/二硫化镍复合气凝胶的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘旭华等: "碳纳米管增强Al2O3-SiO2气凝胶制备及性能研究", 《化工新型材料》 *

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