氧化硅-纖維素納米晶氣凝膠的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究.pdf

1、氣凝膠材料由于其極高的孔隙率和特殊的三維網(wǎng)絡骨架結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)。但是在實際應用中，氣凝膠材料纖細的脆性納米多孔骨架，往往使其呈現(xiàn)出強度低、韌性差等缺點，極大地限制了其應用和發(fā)展。因此，通過控制氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)，克服其網(wǎng)絡骨架結(jié)構(gòu)的脆性，增加其強度和韌性，是值得深入探索和研究的課題。
　　本研究以化學預處理結(jié)合超聲處理制備纖維素，以甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane,MTMS)為硅源，基于溶膠-

2、凝膠法和不同干燥過程，制備了不同纖維素含量的SiO2-纖維素復合氣凝膠，并對其進行了組織結(jié)構(gòu)表征和力學性能分析。
　　研究中，以木粉為原料，經(jīng)苯醇抽提除去蠟質(zhì)和脂質(zhì)等抽提物、以酸化亞氯酸鈉溶液處理除去木質(zhì)素、經(jīng)氫氧化鉀溶液處理除去大部分半纖維素、經(jīng)鹽酸處理細化纖維，最后經(jīng)超聲處理可獲得纖維素。該纖維素直徑達納米尺度，具有較大的長徑比，相互交織成網(wǎng)狀。整個處理過程不會改變纖維素本身的官能團及組織結(jié)構(gòu)，呈Ⅰ型纖維素，結(jié)晶度接近50％。

3、化學預處理和超聲處理對以棉糟粕為原料制備的纖維素影響不大，只起到細化和分散纖維的作用。獲得的纖維素具有納米尺度，呈I型纖維素，結(jié)晶度達76.08%。以酸解法獲得的纖維素呈短棒狀，尺寸均勻，長徑比相對較小。
　　以MTMS為先驅(qū)體、DMSO為分散劑，加入醋酸水溶液、尿素和十六烷基三甲基氯化銨(hexadecyl trimethyl ammoniumchloride,CTAC)，采用溶膠?凝膠法，并結(jié)合常壓干燥和冷凍干燥制備出SiO2

4、-纖維素復合氣凝膠。通過改變添加纖維素的含量，獲得不同纖維素含量的復合氣凝膠。通過對復合氣凝膠的微觀形貌、孔結(jié)構(gòu)特征以及力學性能等方面進行表征和分析，研究了不同含量的纖維素對復合氣凝膠的影響。
　　結(jié)果顯示，SiO2-纖維素復合氣凝膠具有三維網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，纖維素以分散或團聚的狀態(tài)存在其中。經(jīng)冷凍干燥和超臨界干燥得到的氣凝膠，微觀結(jié)構(gòu)明顯好于常壓干燥得到的氣凝膠。該材料熱穩(wěn)定性受纖維素含量的影響，加入的纖維素比例越大，熱失重的比例也越