硅气凝胶聚苯乙烯核壳复合材料合成工艺研究

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1、摘要纳米孔硅气凝胶具有轻质、多孔、纳米结构等特征，具有极低的导热系数，是新型超级绝热材料；由于自身机械性能方面的缺陷，严重影响到其在实际中的应用。聚苯乙烯保温板是现行外墙保温系统的主要材料，但是由于其导热系数不足够低、易燃等方面的缺陷，制约着聚苯乙烯保温板的应用。本文以聚苯乙烯包覆纳米硅气凝胶粒子，构成以硅气凝胶粒子为核，聚苯乙烯为壳的核／壳结构复合材料，以此来规避硅气凝胶和聚苯乙烯的不足，实现两种材料性能的优势互补。本论文改进了王阳军师兄制备硅气凝胶的醇．水组分比和干燥工艺。并通过硅烷偶联齐U(14H570)对其进行改性，取代气凝胶粒子表面的Si．OH基团，使其由亲水性转为亲油

2、性；用红外光谱和改性粒子在油．水体系的分散性试验对改性效果进行表征，并考虑改性时间、反应温度以及偶联剂用量对改性效果的影响。以醇．水体系作为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVPK-30)作为稳定剂，用偶氮二异丁腈(AIBN)引发苯乙烯单体(St)与硅气凝胶粒子复合；通过重量法测定苯乙烯单体转化率、以及复合微球的透射电镜(TEM)对聚合反应进行表征；并对体系组分、工艺参数、引发剂以及复合微球组分进行了分析。实验结果表明：改进硅气凝胶制备工艺的醇．水组分比，制备出密度为0．29／em3的硅气凝胶粉体；优选出的干燥工艺为60℃真空干燥。最佳的改性工艺参数为：反应温度20。C，改性时间48h，偶

3、联剂占体系总重的5％；用红外光谱分析KH570改性的Si02气凝胶粒子表明：Si02粒子表面枝接了KH570的键。以正交试验方法优选出最佳的硅气凝J咬／聚苯乙烯复合微球的制备工艺为：将改性硅气凝胶1．59，无水乙醇94．59，蒸馏水5．59，分散剂PVP2．09，5％NaOH溶液洗涤过的苯乙烯109，引发剂AIBN0．29混合均匀后以500W的功率超声分散10min，控制搅拌速度450rpm，在60"--65℃温度下反应24h，反应结束后离心、分离、干燥，即可得到硅气凝胶／聚苯乙烯复合微球。用重量法测量出苯乙烯单体的转化率为25．84％：建立Si02／聚苯乙烯复合微球核壳结构模型

4、，分析计算出微球中Si02、聚苯乙烯的质量分别占复合微球质量的65．4％和34．6％；在Si02表面聚合生成Si02／聚苯乙烯复合微球的苯乙烯量仅有31．7％，剩余68．3％的聚苯乙烯是以无核的形式存在。经过对实验过程以及引发剂作用机理的分析，我们认为：用AIBN引发Si02／聚苯乙烯复合微球分散聚合的反应机理为接枝机理。关键词：硅气凝胶，分散聚合，表面改性，复合微球，核壳结构AbstractNanoporousSilicaAerogelshavealight，porous，nano’structurecharacteristies，withverylowthermalcondu

5、ctivity,isanewsuper-insulatingmaterials；Duetotheiro、)lrnmechanicalpropertiesshortcomings，whichseriouslyaffecteditspracticeapplications·Polystyreneinsulationboardtheexistingexteriorwallsystemisthemainmaterial，butbecauseofitslowthermalconductivityisnotsufficient，flammableandotherdeficiencies，re

6、strictingtheapplicationofpolystyreneinsulationboard．Inthispaper，nano。silicaaerogelscoatedpolystyreneparticles，silicaaerogelsconstitutenuclearparticles，polystyreneaStheshelltocomposecore／shellstructurecompositematerial；InordertocircumventtheSilicaAerogelsandpolystyreneinsufficienttoachievethep

7、erformanceoftwomaterialscomplementeachother．ThispaperimprovedseniorWangYangjunSilicaAerogelsPreparationofalcohol-watercomponentratioanddryingprocess．Throughthesilanecouplingagent(K王1570)bemodifiedtoreplacetheaerogelsparticlesurfaceSi-OHgroups