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对位芳纶气凝胶粉体的制备与性能研究

2022-01-10谢春杰何然庹新林杨万泰

化工学报 2021年12期
关键词:罗丹明对位芳纶

谢春杰,何然,庹新林,杨万泰

(清华大学化学工程系,北京 100084)

引 言

气凝胶是在1931年由Kistler首先通过溶胶-凝胶法成功制备出的一种多孔材料[1],具有低密度、高孔隙率以及高比表面积等特点。随着可用于气凝胶制备的材料范围的增大及制备技术的发展,气凝胶的种类越来越丰富。从成分的角度,主要有无机气凝胶[1-2]、有机气凝胶[3]、金属气凝胶[4]、碳气凝胶[5]及复合气凝胶[6]等;从产品形态的角度,主要可以分为气凝胶块体、气凝胶膜及气凝胶粉体三种[7]。多样化的气凝胶目前已在绝热、催化、过滤、吸附、吸声、减震、能源及生物技术等领域得到了广泛的应用[8-13]。

在上述气凝胶种类中,气凝胶粉体由于制备工艺及应用范围等方面的优势逐渐得到科研工作者的重视[14]。在传统气凝胶块体的制备中,热扩散及热传递通常难以控制,干燥时间一般也较为漫长;相比之下,气凝胶粉体一般制备时间较短,能耗较低,更易实现规模化制备[15-19]。除此以外,由于粉体的物理形态特征,相比于块体及薄膜,其比表面积通常较高,且更易于分散,这些特征使其在吸附[20]、催化[21]、填充及复合材料制备[22-24]等应用领域有显著的优势。二氧化硅气凝胶粉体是研究较为成熟的气凝胶粉体材料[17-20],目前也已经实现了工业化生产及应用。除此以外,金属氧化物[21,25]、间苯二酚-甲醛与碳气凝胶粉体[26-27]及复合气凝胶粉体[28-29]也得到了较为广泛的关注与研究。然而,针对有机气凝胶粉体,尤其是高性能气凝胶粉体的制备与研究工作目前仍少见于文献。

对位芳香族聚酰胺是一种高性能聚合物,以其为原料经过液晶纺丝工艺制备的对位芳纶纤维由于高强度、高模量及耐高温等优点在国防、航空航天等领域发挥重要作用[30-31]。由于分子间作用力强,对位芳香族聚酰胺的加工性较差,难以通过传统方式制备成多形式的材料[32]。2011年,Yang等[33]通过去质子化的方法成功由对位芳纶纤维制备出对位芳纶纳米纤维。由于小尺寸效应,且富含酰胺键等基团,对位芳纶纳米纤维之间可以形成较强的作用力,并可通过一定的方法制备成芳纶薄膜及气凝胶等材料[34-36]。对位芳纶纳米纤维的成功制备极大地提高了对位芳香族聚酰胺的加工性,进一步拓宽了对位芳香族聚酰胺的应用范围。

Yang等[37-38]通过相分离法与超临界干燥法相结合制备出具有较高强度与较高比表面积的芳纶气凝胶块体。Zhang等[39-41]分别制备了基于对位芳纶纳米纤维的复合气凝胶块体或气凝胶膜,并且探究了这些复合气凝胶材料在传感及红外隐身等领域的应用。本课题组[42-43]分别通过真空辅助自组装与冰模板定向冷冻相结合,以及改进的冷冻-干燥法这两种方法制备出全对位芳香族聚酰胺(全芳)气凝胶块体,分别为规整结构芳纶气凝胶块体的制备和芳纶气凝胶块体的工业化制备提供了思路。尽管芳纶气凝胶的制备工艺日趋成熟,并且展示出良好的应用前景,但是目前芳纶气凝胶以块体为主,其制备时间仍然较为漫长,尤其是干燥时间;此外,气凝胶块体与气凝胶膜难以进一步与其他材料复合,在一定程度上限制了其应用范围。如果可以将芳纶气凝胶制备成粉体,则有望解决上述问题,而相关的研究报道尚很少见。

本文在课题组之前工作的基础上[42-45],首先通过聚合法制备出对位芳纶纳米纤维(polymerizationinducedpara-aramid nanofiber,PANF),并进一步处理得到PANF水凝胶。通过将PANF水凝胶用液氮冷冻,再将冻凝胶粉碎、冷冻干燥,即可得到PANF气凝胶粉体,即对位芳纶气凝胶粉体。本文较系统地研究了对位芳纶气凝胶粉体的松装密度、比表面积和热导率等物理参数,以及气凝胶粉体的微观结构特征和热学性能。此外,初步探究了对位芳纶气凝胶粉体在吸附和复合材料制备领域中的应用。对位芳纶气凝胶粉体具备低密度、低热导率、良好吸附性及分散性等优势,是芳纶气凝胶的新制品形式,同时也是对位芳香族聚酰胺的新制品形式,有望在绝热、吸附及复合材料制备等诸多领域发挥作用。

1 实验材料和方法

1.1 材料

对苯二胺(PPD):上海安诺芳胺化学品有限公司,分析纯;对苯二甲酰氯(TPC):山东凯盛新材料股份有限公司,分析纯;N-甲基吡咯烷酮(NMP):滨州裕能化工有限公司,电子级;氯化钙(CaCl2):浙江巨化股份有限公司,食品级;分子筛:国药化学试剂有限公司,4A型;去离子水:实验室自制;氮气:北京普莱克斯实用气体有限公司;液氮:北京广华增乐技术开发部;对位芳纶纤维:美国杜邦公司(Dupont),产品牌号为Kevlar29;罗丹明B:上海麦克林生化科技有限公司,分析纯;亚甲蓝:北京伊诺凯科技有限公司,98%;水性聚氨酯(polyurethane,PU)分散体(牌号为Bayhydrol UH2557):科思创聚合物(中国)有限公司,非挥发组分含量约34%~36%;水性聚丙烯酸分散体(牌号为Bayhydrol A2457):科思创聚合物(中国)有限公司,非挥发组分含量约38.5%~41.5%。

1.2 实验步骤

1.2.1 PANF的制备 首先将一定量的CaCl2在NMP中通过加热搅拌溶解。当CaCl2溶解后,通过冰水浴对反应溶剂体系降温至15℃左右,然后加入一定量的PPD并搅拌溶解。当PPD溶解后,将TPC加入反应体系,并在高速搅拌下进行聚合。当聚合进行至发生爬杆效应时,停止反应。整个聚合过程在氮气气氛保护条件下进行。将反应得到的聚对苯二甲酰对苯二胺[(poly(p-phenylene terephtalamide),PPTA)]溶液用一定量的NMP进行稀释,再将稀释液在剪切作用下与一定量的去离子水混合、均质,即可得到原始的PANF分散液。实验中使用的PPTA分子量约为2.1 ×104。

1.2.2 PANF水凝胶的制备 将原始的PANF分散液通过真空辅助过滤去除大部分溶剂,得到凝胶。将凝胶用去离子水清洗,得到NMP含量较少的PANF分散液。然后将PANF分散液通过上述过程反复“过滤-清洗”三次,即可得到较为干净的PANF水分散液。最后将干净的PANF分散液经过真空辅助过滤去除其中的大量水分,即可得到PANF水凝胶。

1.2.3 PANF气凝胶粉体的制备 将固含量约为2%的PANF水凝胶在杜瓦瓶中用液氮(-196℃)进行冷冻,再将完全冷冻的PANF冻凝胶用高速多功能粉碎机(200T型,永康市铂欧五金制品有限公司)进行粉碎,得到细小碎冰态的PANF冻凝胶。在实验中,当PANF冻凝胶的样品量为100g时,粉碎时转速为28000r·min-1,粉碎时间为5s。最后,将细小碎冰态的PANF冻凝胶转移到冷冻干燥机(SCIENTZ-10N型,宁波新芝生物科技股份有限公司)中进行干燥,干燥完全后即得到PANF气凝胶粉体。由PANF水凝胶制备PANF气凝胶粉体的流程如图1所示。

图1 PANF气凝胶粉体制备流程图Fig.1 Preparation process of the PANF aerogel powders

1.2.4 PANF气凝胶块体的制备 将固含量约为0.7%的PANF水凝胶用模具塑成立方体形,然后将塑形后的PANF水凝胶先在-18℃左右的冰箱中进行冷冻,再将冷冻完全的PANF冻凝胶直接在冷冻干燥机中进行干燥,干燥完全即得PANF气凝胶块体。

1.2.5 染料吸附实验 分别配制浓度为40mg·L-1的罗丹明B和亚甲蓝溶液。取一定量的两种溶液分别加入玻璃瓶中,然后将一定量的PANF气凝胶粉体分别加入两种溶液中,并进行磁力搅拌。体系中PANF气凝胶粉体的质量约为染料质量的20倍。

1.2.6 聚合物/PANF气凝胶粉体复合材料的制备 以PANF气凝胶粉体和聚氨酯复合材料的制备为例,首先将一定量的水性聚氨酯分散体加入烧杯中,然后将一定量的PANF气凝胶粉体加入分散体中,并在磁力搅拌的作用下进行混合。将混合均匀的分散体倒入聚苯乙烯模具中,并在60℃的烘箱中进行固化。体系中PANF气凝胶粉体的质量约为聚氨酯质量的0.2%。PANF气凝胶粉体和聚丙烯酸复合材料的制备过程大致与上述相同,差别在于固化温度为室温。

1.3 分析测试仪器

透 射 电 子 显 微 镜(TEM),H-7650B型,日 本Hitachi;场发射扫描电子显微镜(SEM),JSM-7001F型,日本JEOL;全自动比表面积及孔径分析仪,Autosorb-iQ2-MP型,美国Quantachrome;傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),VERTEX70V型,德国Bruker;X射 线 衍 射 仪(XRD),D/maxIIIB型,日 本Rigaku Corporation;热失重分析仪(TGA),Q5000IR型,美国TA Instruments;差示扫描量热仪(DSC),Q2000型,美国TA Instruments;热导率仪,XIATECH TC3000E型,西安夏溪仪器有限公司;紫外-可见分光光度计(UV-vis),8453型,美国Agilent Technologies Inc.;纳米压痕仪,G200型,美国Keysight Technologies。

2 实验结果与讨论

2.1 PANF的形貌

PANF的TEM图片 如图2所 示。PANF的直 径大多分布在(24.5 ±6.1 )nm范围内,具有较高的长径比,趋向于形成缠结交联的网状结构。图2中的内嵌图为PANF分散液的宏观照片,PANF分散液外观均匀,呈乳白色。

图2 PANF的TEM图(内插图为PANF分散液的照片)Fig.2 TEM image of the PANF(The inset is the photograph of the PANF dispersion)

2.2 PANF气凝胶粉体的形貌及制备条件的影响

由图1(d)可以看出,PANF气凝胶粉体宏观上为蓬松态。图3是不同放大倍率下PANF气凝胶粉体的SEM图。从图3(a)可以看出,PANF气凝胶粉体的粒径大多分布在20~50μm范围内,这可能是由粉碎得到的PANF冻凝胶的颗粒大小决定的。从图3(b)中可以看出气凝胶粉体微观上为多孔的PANF网状结构。目前报道的大多数气凝胶粉体都是纳米颗粒的堆积体[17-20,22-25],而PANF气凝胶粉体为纳米纤维的网状结构。这一特征说明高长径比的PANF之间易于形成交联结构,使PANF气凝胶粉体有望在复合材料的力学性能增强中发挥优势。

图3 PANF气凝胶粉体的SEM图Fig.3 SEM images of the PANF aerogel powders

结合图1的制备流程及图2中PANF的TEM图,可以进一步确定PANF气凝胶粉体的形成机理。PANF水凝胶[图1(a)]经过液氮冷冻后,由于冷冻温度过低,形成了较多的细小冰晶[43]。在较短的冷冻时间内,冰晶来不及长大,PANF冻凝胶实际上是众多细小冰晶的结合体。液氮的淬冷作用也使PANF水凝胶容易出现破裂[图1(b)]。由于PANF冻凝胶是细小冰晶的结合体,其可以在粉碎机的作用下被粉碎成细小冰晶颗粒[图1(c)]。由于液氮冷冻及冷冻干燥过程都可以较好地维持水凝胶或冻凝胶内PANF的原有形貌,因而细小冰晶颗粒在干燥后得到如图3所示的含PANF网状结构的气凝胶粉体。

当改变制备过程中的条件时,如冷冻温度及干燥方式,则可能得不到气凝胶粉体结构,可进一步证明液氮冷冻和冷冻干燥在PANF气凝胶粉体制备过程中的重要性。如图4(a)所示,当PANF水凝胶在-18℃的环境下冷冻时,PANF冻凝胶没有出现破裂现象,然而该冻凝胶不能通过实验用粉碎机粉碎,这是由于在-18℃的环境条件下PANF水凝胶内部形成了具有一定强度的骨架结构[43],因而难以粉碎,继而难以得到PANF气凝胶粉体结构。此外,由于在粉碎过程中有热量产生,该冻凝胶在粉碎后出现明显的表面融化现象,而这一现象在相同粉碎条件下的液氮冷冻样品中并不明显。

图4 制备工艺对产物的影响Fig.4 The effect of preparation technology on the product

上述结果都说明液氮冷冻的必要性,即低温情况下(-196℃)可以使PANF冻凝胶由众多细小冰晶组成,易于破碎;同时低温样品可有效减弱因粉碎过程中产生热量导致的样品融化。课题组早期通过冰模板定向冷冻[42]及改进的冷冻-干燥法[43]制备出不同结构的PANF气凝胶块体,在两种方法中分别采用了-60℃和-18℃的冷冻条件。由于液氮的淬冷作用易导致样品破裂,因而在这两种方法中均未采用。在PANF气凝胶粉体的制备过程中,液氮冷冻易导致冻凝胶破裂这一不利于气凝胶块体制备的缺点成为气凝胶粉体制备中的优势。此外,冷冻温度同样影响冷冻速率。在-196℃下冷冻时,100g左右的PANF水凝胶样品在1min之内即可彻底冷冻,而相同质量的样品需要2~3h才能在-18℃下彻底冷冻。考虑到实际生产中的效率与连续性,液氮冷冻更佳。

在课题组早期的工作中,曾通过改进的冷冻-干燥法制备出PANF气凝胶块体。即首先在-18℃冷冻条件下得到PANF冻凝胶,由于冻凝胶内部形成了交联结构,同时冰晶具有占位效应,在此情况下可通过在150℃条件下加热的方式制备出气凝胶块体[43]。实验中同样考察了150℃加热这一干燥条件对PANF气凝胶粉体制备的影响[图4(b)]。结果发现,对于液氮冷冻的样品,粉碎的PANF冻凝胶在150℃下干燥之后得到硬质的PANF团簇颗粒,这可能是由于水分挥发带来的毛细力导致了结构的坍塌。该产物和通过冷冻干燥得到的疏松PANF气凝胶粉体[图1(d)]有较大的外观形貌差异,说明目前在此加热干燥条件下尚不能得到PANF气凝胶粉体。这一结果进一步说明冷冻干燥法是PANF气凝胶粉体制备中的关键技术。

冷冻-干燥法同样有望实现PANF气凝胶粉体的规模化制备。目前气凝胶粉体领域以二氧化硅气凝胶粉体为主[17-20],也有部分碳气凝胶粉体或复合气凝胶粉体等材料的研究工作[26-29],其制备方法以溶胶-凝胶法结合超临界干燥或室温干燥等工艺为主。超临界干燥法成本较高,条件苛刻,且溶胶-凝胶法中涉及大量醇类等溶剂,室温干燥时容易造成环境污染。相比之下,冷冻干燥法的成本相对较低,且PANF气凝胶粉体的制备以水为主要溶剂,较为环保。

2.3 PANF气凝胶粉体的基本参数

2.3.1 PANF气凝胶粉体的松装密度PANF气凝胶粉体的松装密度是指自然松散状态的气凝胶粉体的密度,由一定体积的气凝胶粉体的质量除以其体积计算获得。计算可得,PANF气凝胶粉体的松装密度约为17.0 kg·m-3。这一密度远远小于目前多数二氧化硅等气凝胶粉体[17-23]的密度(一般大于100kg·m-3),这一优势使其有望作为绝热填充材料应用于需要减重的结构件的制备中。

2.3.2 PANF气凝胶粉体的比表面积及孔径分析 表1为通过氮气吸附法测得的密度相近的PANF气凝胶粉体及PANF气凝胶块体(均约17.0 kg·m-3)的比表面积和孔体积数据。可以看出,PANF气凝胶粉体的BET比表面积为126.3 0m2·g-1,大于密度相近的PANF气凝胶块体(78.9 2m2·g-1)。这个结果表明,相比于PANF气凝胶块体,粉体在比表面积上更有优势,这可能是因为松散堆积的PANF气凝胶粉体可以吸附更多的氮气。此外,由表1可知,PANF气凝胶粉体的总孔体积,介孔(2~50nm)及大孔(>50nm)的孔体积(BJH法),和微孔(<2nm,SF法)的孔体积均大于PANF气凝胶块体;且PANF气凝胶粉体介孔及大孔的孔体积远高于微孔的孔体积。

表1 PANF气凝胶粉体和气凝胶块体的比表面积和孔体积对比Table1 Comparison of the surface area and pore volume of PANF aerogel powders and aerogel monoblock

图5为PANF气凝胶粉体介孔和大孔的孔体积分布。从图5中可以看出,介孔所占体积比例较大,这和图3(b)中展示的微观结构相符。当孔直径在31.7 nm附近时,孔的体积占比达到最大值。从内嵌的微孔分布图可以看出,孔直径在1nm附近的孔的体积占比达到最大值。

图5 PANF气凝胶粉体介孔和大孔孔体积分布(内插图为微孔孔体积分布)Fig.5 Pore volume distribution of mesopores and macropores of PANF aerogel powders(The inset is the pore volume distribution of micropores)

除了比表面积和孔体积上的优势,相比于PANF气凝胶块体,PANF气凝胶粉体的干燥时间很短。实验中,干燥1g PANF气凝胶粉体样品所需的时间仅为同样质量块体样品的1/12。此外,在实验中,一定量的PANF水凝胶的液氮冷冻过程及冻凝胶的粉碎过程都可以在1min以内完成,且不需复杂工具,表明气凝胶粉体的制备过程简单,有望实现工业化生产。

2.3.3 PANF气凝胶粉体的热导率PANF气凝胶粉体的室温热导率为(0.0296 ±0.0001 )W·m-1·K-1,小于由相同PANF水凝胶原料制备的密度相近(均约17.0 kg·m-3)的PANF气凝胶块体的热导率[(0.0334 ±0.0001 )W·m-1·K-1]。这可能是由于在孔隙率近似的条件下,相比于整体结构的气凝胶块体,气凝胶粉体的松散堆积状态有效地减小了沿固相的热传导。低热导率及流动性好的优点,有助于PANF气凝胶粉体填充在特定形状的产品中,应用于绝热领域。

2.4 PANF气凝胶粉体的微观结构分析

采用X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对PANF气凝胶粉体的微观结构进行了表征,同时与Kevlar纤维进行了对比,结果如图6所示。从图6(a)中可以看出,PANF气凝胶粉体在20.67 °、23.26 °和28.38°处出现衍射峰,这些衍射峰为PPTA在(110)、(200)和(004)晶面的衍射峰[33,46],且与Kevlar纤维衍射峰的位置接近,说明二者有类似的结晶结构。此外,PANF气凝胶粉体衍射峰的强度弱于Kevlar纤维,说明其结晶度低于Kevlar纤维,这可能是因为PANF及其气凝胶粉体的制备过程中没有严格的取向行为而造成的。

图6 PANF气凝胶粉体和Kevlar纤维的XRD和FTIR谱图Fig.6 XRD and FTIR spectra of PANF aerogel powders and Kevlar fiber

从图6(b)中可以看出,在PANF气凝胶粉体和Kevlar纤维的谱图上都出现了PPTA的特征吸收峰,包括1649cm-1附近的C=O伸缩振动吸收峰,1545和1261cm-1处的N―H变形和C―N伸缩耦合模式吸收峰[33]等。这一结果说明二者具有相同的分子组成,且具有类似的分子间作用力。

2.5 PANF气凝胶粉体的热学性能

采用热失重分析和差示扫描量热分析两种方法对PANF气凝胶粉体和Kevlar纤维的热学性能进行了表征,结果如图7所示。从图7(a)中可以看出,随着温度的升高,PANF气凝胶粉体表现出和Kevlar纤维相似的热分解趋势,二者在500℃前几乎没有热分解,最大分解速率温度分别为571和579℃。从图7(b)中可以看出,随着温度的升高,PANF气凝胶粉体同样表现出和Kevlar纤维相同的热焓值变化趋势,且没有出现玻璃化转变平台和熔融峰等。这两个测试结果表明PANF气凝胶粉体具有和Kevlar纤维一样优异的耐热性。

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图7 PANF气凝胶粉体和Kevlar纤维的TGA和DSC曲线Fig.7 TGA and DSC curves of PANF aerogel powders and Kevlar fiber

2.6 PANF气凝胶粉体的应用

2.6.1 PANF气凝胶粉体的吸附作用 图8展示了PANF气凝胶粉体对罗丹明B染料的吸附作用。从内嵌图可以看出,未被PANF气凝胶粉体吸附的罗丹明B染料(浓度:40mg·L-1)为浅红色。罗丹明B染料对紫外-可见光的最大吸收波长为554nm,吸附前的罗丹明B染料在此处有很强的吸收峰。在体系中加入罗丹明B质量20倍的PANF气凝胶粉体,并进行30min的磁力搅拌。在磁力搅拌之后,经过静置沉降,可以发现体系接近无色透明,且此时染料对紫外-可见光的吸收峰已很不明显,说明PANF气凝胶粉体对罗丹明B有较强的吸附作用。根据吸附前后554nm处吸收峰的强度,可计算出此时体系中罗丹明B的剩余量只有2%左右,说明约98%的罗丹明B已经被PANF气凝胶粉体吸附。此外,实验中发现PANF气凝胶粉体对亚甲蓝染料也有较强的吸附作用。PANF气凝胶粉体对罗丹明B等染料的强吸附作用主要有两点原因:一是PPTA分子链上有大量的苯环结构,可与罗丹明B等染料中的苯环结构形成共轭作用,可以对其进行吸附[47];二是气凝胶粉体的流动性及分散性较好,且比表面积较大,可以在磁力搅拌作用下与染料有充分接触,有较高的吸附效率。

图8 罗丹明B染料在PANF气凝胶粉体吸附前后的吸光度变化Fig.8 Variation of the absorbance of Rhodamine B dye before and after absorbed by PANF aerogel powders

2.6.2 聚氨酯/PANF气凝胶粉体复合材料PANF气凝胶粉体的流动性及分散性较好这一优点也有助于其应用于复合材料制备领域。实验中将PANF气凝胶粉体与水性聚氨酯分散体进行复合,并制备出聚氨酯/PANF气凝胶粉体(PU/PANF)复合乳胶膜,通过纳米压痕法研究了其硬度和模量,结果如图9所示。图9(a)为空白PU乳胶膜和PU/PANF复合乳胶膜随压入深度的硬度值,内嵌图为二者的宏观图片。从宏观图片中可以看出,PU/PANF复合分散体的成膜性良好,且外观均匀,说明PANF气凝胶粉体在PU基材中有良好的分散性,同时说明PANF气凝胶粉体的加入不影响聚氨酯分散体的成膜,并且可以与其良好复合。从图9(a)可以看出,PU/PANF复合乳胶膜的硬度明显高于PU乳胶膜,其平均硬度为0.05 GPa,而PU乳胶膜的平均硬度为0.04 GPa。PANF气凝胶粉体的加入量为PU分散体的0.2%,其对PU乳胶膜硬度的提高可能是由于PPTA分子刚性强[45]。

图9 通过纳米压痕法测试的PU乳胶膜和PU/PANF复合乳胶膜的硬度和模量对比Fig.9 Comparison of the hardness and modulus of the PU latex film and PU/PANF composite latex film tested by nano indentation method

图9(b)为PU乳胶膜和PU/PANF复合乳胶膜随压入深度的模量值,可以看出,PU/PANF复合乳胶膜的模量也高于PU乳胶膜,PU/PANF乳胶膜的平均模量为0.8 GPa,PU乳胶膜的平均模量为0.7 GPa。实验中采用的水性聚氨酯分散体可用于木质地板涂料制备,其硬度和模量的提高有望进一步提升其力学性能,如耐磨性等。实验中同样制备了聚丙烯酸/PANF气凝胶粉体复合乳胶膜,发现复合乳胶膜的平均硬度(1.1 GPa)和模量(0.03 GPa)同样高于聚丙烯酸酯乳胶膜(0.8 GPa和0.02 GPa)。

3 结 论

(1)通过冻凝胶粉碎法和冷冻-干燥法相结合,由PANF水凝胶成功制备出PANF气凝胶粉体。制备过程简单、效率高,有望实现规模化生产。

(2)PANF气凝胶粉体的松装密度约为17.0 kg·m-3,孔隙率高达98.8%,BET比表面积可达126.3 0m2·g-1,热导率约为0.03 W·m-1·K-1。

(3)PANF气凝胶粉体具有和Kevlar纤维类似的结晶结构和分子间作用力,以及优异的耐热性。其在氮气气氛下500℃前几乎无分解。

(4)PANF气凝胶粉体具有良好的分散性,可用于吸附罗丹明B等染料或者提高聚氨酯乳胶膜等材料的硬度,其有望在绝热、吸附和复合材料制备等诸多领域发挥重要作用。

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