海藻酸钠基气凝胶的制备、补强与疏水改性.doc

海藻酸钠基气凝胶的制备、补强与疏水改性以天然多糖为原料制得的气凝胶材料具有生物相容性、低毒性、可生物降解等优点。本论文选用天然多糖海藻酸钠(SA)为主原料,以碳酸钙-葡萄糖酸内酯(CaCO3-GDL)作二元交联剂,并结合冷冻干燥技术制备了海藻酸钠基气凝胶材料。采用这种方法制备水凝胶,反应过程温和,易于控型,但是得到的气凝胶力学强度较差,限制了其应用。为了改善材料的力学强度,通过添加N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和羧甲基纤维素钠(CMC)作为补强剂,对海藻酸钠基气凝胶进行了结构补强。考察了海藻酸钠浓度和交联剂用量等参数对气凝胶材料补强前后密度、体积收缩率、压缩强度等的影响。研究结果表明,所得气凝胶密度在0.023-0.086g/cm3之间,且其压缩强度随着SA浓度和交联剂用量的增加而增强。所得到的SA、SA-MBA、SA-CMC三种气凝胶的最大压缩强度分别为40KPa、80KPa和100KPa。因此,补强剂的引入使样品的压缩强度有较明显地增加。采用SEM分析,发现强度最好的MBA补强气凝胶的内部贯穿着无数纳米纤维,它们以支架的形式存在于凝胶孔洞中,支撑着气凝胶的结构；而CMC加入后,可有效形成薄膜并包覆于气凝胶的表面,在一定程度上起到结构增强的作用。为了改善因该类气凝胶的亲水性带来的应用限制,本文进一步采用冷等离子体技术,以CCl4为改性剂对海藻酸钠基气凝胶进行了疏水改性。改性后气凝胶表面成功地由亲水性转变为疏水性。其中,在放电功率为50W,处理时间12min的较温和条件下,得到的MBA补强气凝胶的疏水性最好,接触角可达129°。在成功获得疏水型气凝胶后,将其用于吸附花生油、二甲基硅油、真空泵油及液体石蜡四种油性物质,其吸油能力较未改性的气凝胶提高了2-4倍,且该气凝胶具有良好的保油能力(二甲基硅油大于72%,其他油品大于89%)。此结果表明其在吸油领域的潜在利用价值。最后采用XPS、FT-IR对海藻酸钠基气凝胶表面疏水改性机理进行了初步讨论。本文亦对海藻酸钠基气凝胶的隔热性能进行了初步探索,发现其导热系数可低达0.029W/m·K。与常用的橡塑隔热材料(导热系数约为0.038W/m·k)相比,显示出良好的隔热性能。因此,本文制备的海藻酸钠基气凝胶亦有应用于隔热材料领域的潜力。