【2017年整理】二氧化硅溶胶凝胶涂层.docVIP

氧化硅溶胶凝胶涂层 前言 溶胶—凝胶法是湿化学反应的一种方法。其特点是用液体化学试剂（或将粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为原料，而不是用传统的粉状物体，反应物在液相下均匀混合并进行反应，反应生成物是稳定的溶胶体系，不应该有沉淀发生，经过放置一定时间转变为凝胶。配置的溶液在溶胶或凝胶状态下即可成型为所需的制品，然后在较低的温度下烧结。用溶胶—凝胶法不仅可以制得孔径小、孔径分布狭窄的陶瓷膜，也可以制得单组分或多组分的金属氧化物陶瓷膜。二氧化硅溶胶是二氧化硅胶体粒子在溶剂中均匀分散形成的胶体。在溶胶合成无机膜工艺中，溶胶的稳定性十分重要 溶胶－凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点: （1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。 （2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。 （3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。 （4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。 溶胶一凝胶法也存在某些问题：首先是目前所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；其次通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周：第三是凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。 二氧化硅溶胶是溶胶—凝胶工艺中的一种重要交替材料，广泛应用于无机膜的制备。在溶胶—凝胶法制备二氧化硅膜时，由于要用溶胶对基体材料反复浸涂，因此溶胶性能对膜的质量有重要影响在膜的制备过程中，溶胶的稳定性十分重要，同时由于溶胶的粘度对成膜的厚度有重要影响，而溶胶的颗粒粒径则影响最终成膜的孔径及孔径分布，同事由于溶胶的粘度、粒径凝胶时间等成为溶胶性能表征中通常要讨论的指标，而在制备二氧化硅溶胶的过程中，醇、催化剂和水的加入量都会影响溶胶的这些性能，因此本实验对DNF（N,N—二甲基酰胺）添加剂对二氧化硅溶胶稳定性的影响做了研究。 二、实验方法 2.1实验目的 凝胶时间通常作为表征溶胶稳定性的指标，本文对干燥控制添加剂对二氧化硅溶胶—凝胶时间的影响进行比较系统的研究，从而利用这些因素来实现对二氧化硅溶胶稳定性的控制。 2.2实验原理 硅氧烷水解的溶胶—凝胶的反应是一个比较复杂的过程，TEOS的水解与缩聚反应同时进行，催化剂同时催化这两个反应，反应过程为 水解反应：(C2H5O)3Si—OC2H5+H2O→(C2H5O)3Si—OH+C2H5OH； 失水缩聚：(C2H5O)3Si—OH+OH—Si(OC2H5)3→(C2H5O)3—O—Si(OC2H5)3+H2O； 失醇缩聚：(C2H5O)3Si—OC2H5+HO—Si(OC2H5)3→(C2H5O)3—O—Si(OC2H5)3+C2H5OH。 干燥控制化学添加剂（DCCA）是一类具有低蒸汽压的有机液体，其本身具有低挥发性，能大大减少不同孔径中醇溶剂不均匀蒸发的现象，使凝胶中孔的尺寸分布更加集中，干燥应力降低。本实验选择N,N—二甲基甲酰胺（DMF）作为添加剂，研究其对溶胶凝胶时间的影响。 2.3实验试剂 正硅酸乙酯（TEOS，西安化学试剂厂），硝酸（HNO3，西安化学试剂厂），无水乙醇（EtOH，西安化学制药厂），N,N—二甲基甲酰胺（DMF，天津密欧化学试剂开发中心），所有试剂均为分析纯。 2.4实验设备 94-2型恒温磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）；DELTA 320型pH计（梅特勒—托利多仪器有限公司）；电接点式玻璃水银温度计（上海华辰医用仪表有限公司）；乌氏粘度计（上海申力玻璃仪器有限公司）；GKL—11—CR2型点子恒温浴锅（上海金桥科析仪器厂）；AL204电子天平（梅特勒—托利多仪器有限公司）。 2.5实验步骤 （1）按照正硅酸乙酯（TEOS）：乙醇（EtOH）：H2O：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。 （2）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混合物。 （3）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。 （4）待溶胶冷却后加入一定量的N，N—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。 （5）加入不同量的DMF重复上述步骤。 2.6工艺流程 TEOS TEOS C2H5OH 逐滴滴加HNO3，H2O 搅拌,10min 升温，搅拌回流，数小时，冷却 SiO2溶胶 滴入DMF 有添加剂的SiO2的溶胶样品 2.7涂膜附着力的测定法： 漆膜附着力是指漆膜