溶胶制备工艺综合版.docx
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溶胶制备工艺综合版
1、Sol—Gel法二氧化硅溶胶的制备及性能影响研究
(刘羽,张建民,牛志睿)
制备过程:
将TEOS与乙醇按一定比例放置在冷水浴中(避免过早水解)搅拌10min,使其充分混合成均相溶液,在磁力恒温搅拌器强烈搅拌下逐滴地滴加硝酸和水的混合物,滴加完毕后将反应混合物升温至7O℃搅拌回流3小时,冷却即得SiO2溶胶。
溶胶制成后均匀滴加DMF,制得有添加剂的溶胶样品。
研究
实验1:
①TEOS:
H2O:
HNO3=1:
6.4:
0.08
(EtOH/TEOS=2,3,5,7.5,10,12.5,17)
实验2:
②TEOS:
EtOH:
HNO3=1:
3.8:
0.085
(H2O/TEOS=1,4,5,7,10,20)
实验3:
③TEOS:
EtOH:
H2O=1:
3.8:
6(HNO3/TEOS=0.17,0.15,0.10,0.085,0.06,0.03,0.02,0.01)
2、二氧化硅溶胶的制备及性能影响研究
(杨靖,陈杰珞,刘春晓)
制备过程:
按照正硅酸乙酯(TEOS):
乙醇(EtOH):
H20:
H+=1:
6.4:
3.8:
0.085的摩尔比例,将一定量的正硅酸乙酯与无水乙醇充分混合,在磁力搅拌器强烈搅拌下逐滴加入去离子水和酸性催化剂的混合物,滴加完毕后将反应混合物在一定温度下搅拌回流一定时间,待溶胶冷却后加入一定量的N,N一二甲基甲酰胺(DMF)作为干燥控制化学添加剂,继续搅拌15min即得SiO2溶胶。
研究
实验1:
酸的种类对溶胶黏度、凝胶时间、固含量的影响
在[H]相同的条件下,酸催化剂对溶胶粘度的影响为:
HF>HC1>HNO3>H2SO4>HAC,
对凝胶时间的影响为:
HAC>H2SO4>HC1>HNO3>HF,
几种溶胶固含量的大小为:
H2SO4>HNO3>HC1>HAC
结论:
制备二氧化硅膜用硅溶胶较适合采用盐酸或硝酸作为催化剂。
实验2:
反应温度对溶胶黏度、凝胶时间、固含量、粒径的影响
结论:
乙醇的沸点为78℃,随着反应温度的升高,溶胶的颜色逐步加深,溶胶的粘度、固含量逐步增大,凝胶时间则缩短。
结论:
温度升高,粒径增大
实验3:
反应时间对溶胶黏度、凝胶时间、固含量、粒径的影响
结论:
随着反应时间的延长,溶胶的颜色逐步加深,溶胶的粘度、固含量逐步增加,凝胶时间变短。
随着反应时间的延长,SiO2粒子的粒径缓慢增大,但为了控制二氧化硅溶胶的粘度反应时间不宜太长,以免溶胶粘度太大,稳定性降低。
实验4:
添加剂对溶剂黏度、凝胶时间、粒径的影响
取6份SiO2溶胶,分别加入0、10%、20%、30%、40%、50%体积的DMF并搅拌均匀。
结论:
DMF的加入表现为使溶胶的粘度减小,凝胶时间延长。
溶胶中加入30%DMF(v/V)后溶胶粒径有增大的趋势。
3、改性二氧化硅溶胶的制备及成膜过程
(李玉亭,张尼尼,王芳,郭琳,王新敏,许小敏,蔡弘华,李海洋,罗仲宽)
制备过程:
制备过程:
按表1的原料配比将一定量的正硅酸乙酯(TEOS)、水和无水乙醇放置于三口烧瓶中,磁力搅拌5min后,用质量分数为15%盐酸调节pH值4~5,回流反应温度控制在40℃,待溶液澄清后加入适量的甲基三乙氧基硅烷(MEOS),磁力搅拌1h制得稳定的改性二氧化硅溶胶。
采用同样的方法及反应条件制得γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)的改性二氧化硅溶胶。
研究
实验1:
KH-570(ABC)、MEOS(DEF)、未改性(K)的硅溶胶XRD分析
实验2:
对经KH-570改性的硅溶胶进行红外分析(120℃热处理和非处理)
实验3:
涂层性能测试
1、KH-570和MEOS含量对溶胶粒径的影响
结论:
随着改性物质含量的增加,溶胶粒径变小。
2、改性对涂膜硬度的影响
3、改性对涂膜完整性及附着力的影响
4、改性对涂层亲水角的影响
结论:
随着硅烷偶联剂含量的增加,二氧化硅表面的亲水性逐渐被改善,涂层亲水角逐渐变大。
4、酸催化二氧化硅溶胶的制备及稳定性研究
(杨靖,张建民,张浩)
制备过程:
按计算的摩尔比将一定量的正硅酸乙酯(TEOS)与无水乙醇(EtOH)充分混合,在磁力搅拌器强烈搅拌下逐滴加入去离子水(H2O)和硝酸(HNO3)的混合物,滴加完毕后将反应混合物在一定温度下搅拌回流若干小时,待溶胶冷却即得Si02溶胶。
将制好的SiOz溶胶密闭于恒温箱中放置待其凝胶.Si02溶胶的粘度用相应规格的乌氏粘度计在3O℃的恒温水浴中所测的数值表示。
研究:
实验1:
二氧化硅溶胶的凝胶时间与稳定性的关系(考察黏度及粒径随时间的变化关系)
配方TEOS:
EtOH:
HNO3:
H2O=1:
3.8:
0.085:
6.4(70℃,3h)
实验2:
PH值对溶胶凝胶时间、黏度的影响
结论:
当pH<2时,随着体系pH的增大,TEOS的水解速度、SiOz的缩聚速度均减小,生成产物的聚合度减小,反应体系的粘度不断减小,凝胶时间延长,溶胶的稳定性增强。
实验3:
水量对溶胶凝胶时间、黏度的影响
结论:
随着水量的不断增加,溶胶的粘度先增加后减小,凝胶时间先减小后增大,溶胶的稳定性则先降低后增强.这是因为当H2O/TEOS较小时,由于水量少,不能保证TEOS足够水解,TEOS在经历了第一阶段水解后速度明显减慢,需依靠TEOS缩聚产生的水分子继续水解,水量的增加加快了水解和缩聚的速率,使粘度不断升高.当H2O/TEOS较大时,水量增加有利于提高TEOS的水解速度,而聚合速度则因反应物被稀释而有所下降,缩聚仅在颗粒内部进行,颗粒间较少聚合,同时水解生成醇及缩聚脱去的水又进一步起到了稀释作用,因而粘度下降,凝胶时间延长。
实验4:
乙醇含量对溶胶凝胶时间、黏度的影响
结论:
乙醇的加入量要适当,如果乙醇的加入量过多,将会延长水解和凝胶时间,但如果乙醇的加入量过少,溶胶太粘,极易凝胶,溶胶的稳定性就差。
实验5:
反应温度对溶胶凝胶时间、黏度的影响
实验6:
反应时间对溶胶凝胶时间及黏度的影响
实验7:
陈化温度对溶胶凝胶时间及黏度的影响
结论:
降低溶胶的存放温度,有利于提高溶胶的稳定性.溶胶在陈化过程中,水解产物不断进行缩聚,SiO2粒子粒径逐步增大.当溶胶陈化一定时间后,随着水分和乙醇溶剂的挥发以及聚合反应的进行,分子链不断增长,聚合度不断增加,溶胶逐渐形成凝胶。
陈化温度越高,水分和乙醇溶剂的挥发以及聚合反应速度越快,胶体粒子碰撞越频繁,粒子团聚生长几率增大,溶胶达到凝胶的时间缩短.因此,当溶胶达到最佳涂膜时间时,可以采取一定的措施(如冷藏),延缓SiO2粒子增大,延长溶胶涂膜时间。
5、溶胶-凝胶法制备有机硅/SiO2杂化涂料的稳定性
(林金娜,侯有军,曾幸荣)
制备过程:
在室温下将TEOS、DDS(二乙氧基二甲基硅烷)和乙醇加入装有分液漏斗的锥形瓶中,并搅拌均匀,边搅拌边滴加计量的盐酸和水,在15min内滴完并继续搅拌15min,再在15min内滴加MPTMS(γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)(或VTMS(乙烯基三甲氧基硅烷))与质量分数为2%的Darocur1173(2-羟基-2-甲基-1-丙酮)混合液,滴加完再搅拌15min,陈化72h,制得DDS2-MPTMS/SiO2和DDS2-VTMS/SiO2杂化涂料。
研究:
实验1:
FT-IR分析(通过红外谱图比较有机硅改性前后物质的变化)
实验2:
讨论偶联剂对杂化涂料储存稳定性的影响
实验3:
盐酸用量对杂化涂料储存稳定性的影响
结论:
当盐酸用量增加时,粒径是先减小后增大,胶凝时间是先增长后减短。
因为在酸催化条件下,盐酸影响硅氧烷的水解速率,当盐酸用量较大时,水解反应激烈,在短期内迅速生成大量的胶粒,但由于形成的胶粒太多,粒子间的距离太近,故
易于聚结为较大的颗粒甚至形成半固体状凝
胶;但若盐酸用量太小,杂化体系的pH值接近7,体系中H5SiO4+浓度越来越小,而H4SiO4浓度增加,使粒子间的静电斥力小于吸引力,反而容易发生粒子的聚结,胶凝时间缩短。
实验4:
乙醇用量对杂化涂料储存稳定性的影响
实验5:
水的用量对杂化涂料储存稳定性的影响
实验6:
陈化时间对杂化涂料粒径分布和漆膜透光率的影响
实验7:
杂化涂料UV固化膜的性能