溶胶凝胶法中影响溶胶的因素.ppt

溶胶 凝胶法中溶胶的影响因素讨论 前言 1970年后 溶胶 凝胶法 Sol Gel法 作为一种高新制造技术 受到科技界和企业界的关注 在生产超细粉末 薄膜涂层 纤维等材料的工艺中受到广泛应用 研究溶胶 凝胶法的基本原理 工艺过程的影响因素 总结溶胶 凝胶法的优缺点 水的加入量 温度 醇盐的滴加速度 反应液的pH都会影响溶胶 凝胶法的产品质量 溶胶与凝胶结构的区别 溶胶是具液体特征的胶体体系 分散的粒子大小在1 1000nm之间 具有流动性 无固定形状 凝胶是具有固体特征的胶体体系 被分散的物质形成连续的网状骨架 骨架空隙充有液体或气体 无流动性 有固定形状 溶胶 凝胶法的基本原理 所用的起始原料 前驱物 一般为金属醇盐 也可用某些盐类 氢氧化物 配合物等 其主要反应步骤 前驱物溶于溶剂 水或有机溶剂 中形成均匀的溶液 溶质与溶剂产生水解或醇解反应 反应生成物聚集成1nm左右的粒子并组成溶胶 溶胶经蒸发干燥转变为凝胶 sol gel法工艺流程 溶胶的制备 将金属醇盐或无机盐经过水解 缩合反应形成溶胶 或经过解凝形成溶胶 该过程的主要影响因素有水的加入量 pH 滴加速度 反应温度等因素 水的加入量 低于化学计量关系所需要的消耗量时 随着水量的增加 溶胶的时间会逐渐缩短 超过化学计量关系所需量时 溶胶时间又会逐渐增长 这是因为 加入水量少时 醇盐水解速度较慢而延长了溶胶时间 加水量大于化学计量 溶液相对稀释 溶液粘度下降而使成胶困难 按化学计量加入时 成胶的质量好 而且成胶时间相对短 滴加速率 醇盐易吸收空气中的水水解凝固 因此在滴加醇盐醇溶液时 其他因素一致情况下观察滴加速率 发现滴加速率明显影响溶胶时间 滴加速率越快 凝胶速度也快 但速度快易造成局部水解过快而聚合胶凝生成沉淀 同时一部分溶胶液未发生水解最后导致无法获得均一的凝胶 所以在反应时还应辅以均匀搅拌 以保证得到均一的凝胶 反应液的pH 反应液的pH不同 其反应机理不同 因而对同一种金属醇盐的水解缩聚 往往产生结构 形态不同的缩聚 研究表明 pH较小时 缩聚反应速率远远大于水解反应 水解由H 的亲电机理引起 缩聚反应在完全水解前已经开始 因此缩聚物交联度低 pH较大时 体系的水解反应体系由 OH 的亲核取代引起 水解速度大于亲核速度 形成大分子聚合物 有较高的交联度 可按具体要生产的材料要求选择适宜的酸碱催化剂 反应温度 温度升高 水解速率相应增大 胶粒分子动能增加 碰撞几率也增大 聚合速率快 从而导致溶胶时间缩短 较高温度下溶剂醇的挥发也加快 相当于增加了反应物浓度 也在一定程度上加快了溶胶速率 但是温度升高也会导致生成的溶胶相对不稳定 且易生成多种产物的水解产物聚合 因此 在保证生成溶胶的情况下 尽可能在较低温度下进行 多以室温条件进行 凝胶化 具流动性的溶胶通过进一步缩聚反应形成不能流动的凝胶体系 经缩聚反应形成的溶胶溶液在陈化时 聚合物进一步聚集长大成为小粒子簇 它们相互碰撞连接成大粒子簇 同时 液相被包于固相骨架中失去流动 形成凝胶 陈化形成凝胶过程中 会发生Ostward熟化 即大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒径的增加 陈化时间过短 颗粒尺寸反而不均匀 时间过长 粒子长大 团聚 不易形成超细结构 由此可见 陈化时间的选择对产物的微观结构非常重要 气凝胶 是一种固体物质形态 世界上密度最小的固体 当凝胶脱去大部分溶剂 使凝胶中液体含量比固体含量少得多 或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体 外表呈固体状 这即为干凝胶 也称为气凝胶 气凝胶用途 防弹是新型气凝胶的第二个重要用途 美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试 根据试验室的试验情况来看 如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶 那么 就算炸药直接炸中 对金属片也分毫无伤 由于气凝胶中一般80 以上是空气 所以有非常好的隔热效果 一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能 硅气凝胶有低声速特性 它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料 是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料 参考文献 1 冀勇斌 李铁虎 林起浪 等 溶胶 凝胶法在材料制备中的应用 J 化工中间体 2005 1 31 33 2 宋继芳 溶胶 凝胶技术的研究进展 J 无机盐工业 2005 37 11 14 16 3 翟学良 刘伟华 宋双居 等 溶胶 凝胶法制备功能陶瓷纤维材料研究进展 J 河北师范大学学报 自然科学版 2007 31 2 233 236 4 向飞 刘颖 朱时珍 等 水基前驱体法制备BST铁电薄模的研究 J 西安工业学院学报 2005 25 1 52 5 于锦 孙雅茹 李灿权 等 超细粉末