纖維素氣凝膠的制備.ppt

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1、纖維素氣凝膠的制備過程李智雄20152230036氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度很小的固體之一。因為密度極低，目前最輕的硅氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米，比空氣密度略低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常?。{米量級），所以可見光經(jīng)過它時散射較?。ㄈ鹄⑸洌拖耜柟饨?jīng)過空氣一樣。因此，它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)。任何物質(zhì)的凝膠只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產(chǎn)物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。氣凝膠簡介纖維素是自然界中儲量最大、分布最廣、可再生且可生物降解的天然高分子。與合成高分子相比，具有無毒、無污染

2、、易于改性、生物相容性好等特點。選題背景與應(yīng)用催化劑負(fù)載；吸熱隔音材料；過濾吸附材料；模板材料；醫(yī)藥與生命科學(xué)；能源電子器件；航空航天等領(lǐng)域。一、纖維素的溶解二、溶膠-凝膠過程三、干燥過程纖維素氣凝膠的制備步驟四、結(jié)構(gòu)性能表征一、纖維素的溶解從分子水平上看,纖維素是以多種葡萄糖基在1-4位以β-苷鍵相互聯(lián)結(jié)形成的直鏈狀高分子化合物,具有較高的穩(wěn)定性，它的分子量很大，化學(xué)式為(C6H1005)n(n為聚合度)，最主要是由碳44.44%，氧6.17%和氧49.39%三種元素組成。1.1纖維素分子結(jié)構(gòu)（5）纖維素分子內(nèi)和分子間存在氫鍵，此外，纖維素分子鏈與表面水分子之

3、間也有氫鍵存在。（1）纖維素二糖基是纖維素鏈的重復(fù)單元，長度為1.03nm，且鄰近兩個葡萄糖基之間偏轉(zhuǎn)180°；（3）纖維素分子鏈中間的每個葡萄糖基的C2和C3位置上聯(lián)結(jié)著游離仲醇羥基，在C6位置上聯(lián)結(jié)著游離的伯醇羥基，它們的反應(yīng)能力有差別，對纖維素的化學(xué)性質(zhì)有著重要影響；（2）分子鏈一端是在第四碳原子上連有仲醇羥基，另一端是在第一個碳原子上連有伯醇羥基，該羥基上的氫原子易與基環(huán)上的氧原子結(jié)合形成酸基而顯還原性；（4）纖維素分子鏈上的葡萄糖基均屬氧環(huán)式結(jié)構(gòu)(具有還原性的末端基除外)，具有很高的穩(wěn)定性；纖維素Ⅰ（天然纖維素）晶胞的基本參數(shù)——三個軸的長度為：a=0

4、.835mn，b=1.03nm，c=0.79nm，a軸與c軸之間的夾角是84°。三個軸上的聯(lián)結(jié)鍵型是不同的，分別是氧鍵、糖苷鍵和范德華力。因此,纖維素在各個軸上所表現(xiàn)出來的力學(xué)強度也不一樣。1.2晶胞結(jié)構(gòu)1、N-甲基氧化嗎啉(NMM0)／水體系：純NMMO對纖維素的溶解能力最好，但溶解過程比較困難，但纖維素的溶解溫度接近NMMO的分解溫度，且溶解溫度過高會使纖維素發(fā)生熱降解，聚合度下降。另外，純NMMO價格太高，在經(jīng)濟上不可行。3、Li-DMAC體系：纖維素在此體系的溶解過程無衍生物產(chǎn)生，不會引起纖維素降解，所得溶液在室溫下放置數(shù)年無變化，很穩(wěn)定，形成的溶液可進

5、行加熱以降低其粘度。2、強堿溶解體系：最大的優(yōu)點是價格便宜，但需復(fù)雜的預(yù)處理，難度較大。1.3溶劑體系Li+和DMAC配位形成Li+（DMAC）X大陽離子，使得Cl和Li之間的電荷分布發(fā)生根本變化，Cl原子攜帶更多負(fù)電荷，能更強地進攻纖維素羥基上H原子。DMAc-LiCl和纖維素分子鏈上的羥基形成了能量更高的氫鍵，破壞了纖維素分子鏈間和鏈內(nèi)的氫鍵，從而纖維素溶解。LiCl-DMAc溶解機理溶解方式方法1：將烘干的纖維素置入三口瓶中，加入一定比例的DMAc攪拌回流一定時間后降溫至100℃，加入烘干的LiCI，繼續(xù)攪拌降溫，在室溫下攪拌數(shù)小時得到透明的纖維素LiCI

6、／DMAc溶液。方法2：將纖維素加入到由無水LiCI溶解在DMAc中形成的LiCI／DMAc溶劑體系中，在100℃下加熱攪拌一定時間后，在室溫下繼續(xù)攪拌數(shù)小時，得到透明的纖維素LiCI／DMAc溶液。當(dāng)有足夠的DMAc分子作用于非晶區(qū)及晶區(qū)的纖維素分子時，整個纖維素分子鏈?zhǔn)艿紻MAc的溶劑化作用而溶解，因此認(rèn)為，纖維素的溶解應(yīng)先將除去結(jié)晶水的LiCI溶解在DMAc中，然后再將烘干的纖維素加入。如果是后加入LiCl，Li+與DMAc的絡(luò)合會受到纖維素分子的阻力，形成的中間絡(luò)合物的量可能會減少。方法2二、溶膠-凝膠過程溶膠-凝膠法(sol-Gel法，簡稱S-G法)是

7、指無機物或金屬醇鹽經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成的氧化物或其它化合物固體的方法。Ebelmen等用SiCl4玩與乙醇混合后，發(fā)現(xiàn)在濕空氣中發(fā)生水解并形成了凝膠，但這一發(fā)現(xiàn)當(dāng)時未引起化學(xué)界和材料界的注意；直到20世紀(jì)30年代，Geffeken等證實用這種方法可以制備氧化物薄膜；1971年，德國Dislich報道了通過金屬醇鹽水解得到溶膠，經(jīng)膠凝化再在923-973K的溫度和100N的壓力下進行處理，制備了SiO2一B2O3一A12O3一Na2O一K2O多組分玻璃，引起了材料科學(xué)界的極大興趣和重視。80年代以來，溶膠-凝膠技術(shù)在玻璃、氧化物涂層、功能陶瓷

8、粉料，尤其是傳統(tǒng)方法難以