微波合成硅气凝胶/聚苯乙烯核壳微球工艺、结构及性能研究

摘要

聚苯乙烯板作为高效保温材料，现已广泛应用于屋面、地下室和地面等。由于聚苯乙烯保温效果差，要达到现代建筑保温要求需要较高的厚度，大约为40-80mm，且其强度不高，承重能力较低，外贴面砖时需要进行加强处理，另外由于聚苯乙烯保温板吸水性高，如果有渗漏出现，板材很容易变质，使保温效果下降，同时由于聚苯乙烯的高易燃性，对建筑安全造成隐患。故单一聚苯乙烯保温材料不能满足保温隔热要求。因此怎样对其进行改性处理以降低导热系数是一个很有意义的课题。
　　 本论文将水玻璃为硅源所制备的纳米硅气凝胶，通过硅烷偶联剂（KH-570）对其进行前期表面改性处理，取代气凝胶粒子表面的Si-OH基团，使其由亲水性转为亲油性以利于提高苯乙烯与纳米硅气凝胶的接枝率；再以乙醇作为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）作为稳定剂，偶氮二异丁腈(AIBA)作为引发剂，利用先进微波加热法制备苯乙烯单体(St)与硅气凝胶粒子复合结构；通过重量法测定苯乙烯单体转化率、核壳微粒的包覆率，利用透射电镜(TEM)对核壳微球结构粒径及形貌进行表征；并就微波加热工艺参数、SiO2气凝胶与苯乙烯比例、超声分散时间等工艺参数对一系列表征手段的影响进行了实验分析。
　　 通过硅气凝胶改性试验，优选最佳工艺方案为：改性时间24h，温度为27℃，KH-570与SiO2气凝胶质量比为4：5，PH值为5；在苯乙烯包覆试验中，通过不同体系组分和合成工艺的研究，确定最佳反应条件为SiO2气凝胶为3g；苯乙烯为21g；乙醇水溶剂配比为380g乙醇+20g水；引发剂用量为苯乙烯质量的4.2g；分散剂用量为2g。确定最佳合成工艺参数：超声分散时间为20min、微波辐射时间为40min、微波辐射功率为400w、微波辐射温度为65℃；在最佳反应体系配比和工艺参数下，核壳复合结构中苯乙烯转化率为67.1％，复合微球包覆率为32.7％；所合成复合结构粉体震实密度为0.353g/cm3高于单纯SiO2气凝胶的0.140g/cm3小于聚苯乙烯的0.971g/cm3，从侧面反映了核壳复合结构的组成成分为SiO2气凝胶和聚苯乙烯的集合体；复合结构粉体的导热系数为0.0706w/m*k，小于单纯的聚苯乙烯导热系数，初步达到我们所设想理想结构的效果。