聚丙烯酰胺干燥是指從定制物料和其他物質(zhì)中排除濕分的過程,也包括從固體中除掉有機溶劑的過程。干燥方法對氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)影響*。聚丙烯酰胺氣凝膠是一種有著珍珠項鏈般骨骼網(wǎng)絡(luò)的多孔固體。這種結(jié)構(gòu)的薄弱點在頸部區(qū)域。雖然處理后天然二氧化硅氣凝膠強度也很高,但是在一些實際應(yīng)用中,其機械強度無法保證整體去承受一定的應(yīng)力。事實上,它們內(nèi)部的脆弱性導(dǎo)致了較低的機械強度,嚴(yán)重制約了其在不同的潛在承載中的應(yīng)用。在文獻(xiàn)中已經(jīng)出現(xiàn)了幾種增強二氧化硅氣凝膠力學(xué)性能的技術(shù),如發(fā)展易變形且能在彎曲和壓縮過程中吸收沖擊能量的低密度氣凝膠。如前所述,通過二氧化硅顆粒間表面上的溶解和沉淀,增加*終形成的二氧化硅氣凝膠強度,濕凝膠老化導(dǎo)致產(chǎn)生更強的無機網(wǎng)絡(luò)。在這一進(jìn)程中,彈性模量將大大提高。氣凝膠干燥的目標(biāo)是不破壞凝膠骨架結(jié)構(gòu)以及在防止顆粒團聚的前提下將濕凝膠孔隙中的液態(tài)介質(zhì)替換為氣態(tài)介質(zhì)。根據(jù)干燥原理和干燥技術(shù)主要可分為常壓干燥、冷凍干燥和超臨界干燥三種。
(1)聚丙烯酰胺常壓干燥技術(shù)用表面張力系數(shù)較小的溶劑置換凝膠骨架中的溶劑,或通過選擇合適的制備條件,如使用有機基團取代表面的羥基,提高凝膠網(wǎng)絡(luò)強度,從而降低干燥過程中氣凝膠的收縮程度。該方法的優(yōu)點在于設(shè)備簡單、能耗低、反應(yīng)條件易控制、易規(guī)?;?yīng);缺點是:毛細(xì)管力部分被減弱,所制備的氣凝膠種類較少。
(2)冷凍干燥法是將凝膠冷凍成固體,然后讓在真空條件下使凝膠中的溶劑升華,從而避免了聚丙烯酰胺氣液界面的出現(xiàn),消除了相界面間的毛細(xì)管力,使干燥對象維持體積和結(jié)構(gòu)不變。常用叔丁醇作為溶劑置換凝膠中的水。此法不需要高壓裝置,因而成本較低,操作簡便。同時,在真空條件下一些易被氧化的物質(zhì)也*了保護。然而,該方法耗時過長,且在液體冷凍固化發(fā)生相變時,一般都有體積變化,孔隙中液體趨向于形成一定形狀的晶體或晶粒,因此凝膠中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難免會遭到一定程度的破壞。
(3)超臨界干燥是一種以準(zhǔn)確控制的方式去除濕凝膠中液體的方法。作為液體主體的物質(zhì)跨越從液相到氣相的界限時,液體會變成氣體,液體本身體積減小。液體的表面張力會對所有脆弱的凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的破壞。為了避免這一點,樣品中的液體需在無氣液界面的條件下轉(zhuǎn)化成氣體。隨著溫度和壓力的增加,可以在超臨界干燥過程中去除氣液界面。這種方法從液相到氣相不跨越任何相界面,在超臨界狀態(tài)下,氣相和液相之間的區(qū)別不再存在。液相和氣相的密度在超臨界干燥的臨界點相等。二氧化碳是一種適合超臨界干燥的流體,其臨界點為31.1℃和73.9bar(1bar=0.1MPa)。用高壓液態(tài)二氧化碳置換凝膠中的液體,之后液態(tài)二氧化碳被加熱到超出其溫度臨界點,隨后逐漸將壓力釋放,從而使氣體逸出,留下干燥的產(chǎn)物。
為了達(dá)到增強的目的,促進(jìn)混合前驅(qū)體硅醇鹽的共凝膠,如聚丙烯酰胺氧烷即二氧化硅氣凝膠的雜交,可以作為一種替代解決方案。以這種方式獲得的凝膠被稱為“有機改性二氧化硅”混合物。它們有一種類似橡膠的柔韌性。隨著加入20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚二甲基硅氧烷,它們擁有可將原體積壓縮到30%而不損壞的彈性。通過幾個化學(xué)反應(yīng),無機網(wǎng)絡(luò)氣凝膠混合于不同的聚合物體系中。這種方法致使氣凝膠拉伸強度和聚丙烯酰胺堅固性急劇增加。此外,在氣凝膠系統(tǒng)中摻入各種纖維狀材料,如聚合物纖維、碳納米纖維和玻璃纖維,在提高氣凝膠的力學(xué)性能方面非常有效。
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