間苯二酚－糠醛氣凝膠的制備與表征

以氫氧化鈉為催化劑和乙醇為溶劑合成間苯二酚－糠醛凝膠，經(jīng)乙醇超臨界干燥后得到有機氣凝膠。間苯二酚與催化劑的摩爾比、間苯二酚與糠醛的摩爾比以及反應(yīng)物總濃度等制備條件是影響有機氣凝膠密度的主要因素。TEM和N2吸附法表明，有機氣凝膠具有典型的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)顆粒約為10nm，平均孔徑為7.8nm，其BET表面積和中孔體積分別為589 m2/g和1.106 cm3/g。
關(guān)鍵詞：有機氣凝膠；無機堿催化劑；乙醇超臨界干燥；制備

炭氣凝膠具有獨特的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和綜合性能，在熱學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)和電學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景[1~5]。有機氣凝膠是炭氣凝膠制備的前驅(qū)體，它的制備工藝及材料結(jié)構(gòu)對后續(xù)的生產(chǎn)有決定性的影響。目前，有機氣凝膠的制備主要采用CO2超臨界干燥的工藝路線，但這種工藝需要冗長而復(fù)雜的溶劑交換過程。因此，研究有機氣凝膠的制備新工藝是發(fā)展炭氣凝膠的一個重要方向。最近，文獻曾報道了以異丙醇為溶劑，在鹽酸為催化劑下合成間苯二酚－糠醛基炭氣凝膠的研究工作[6]，該法具有快速、高效的特點。一般地，堿性催化劑更易于催化生成高交聯(lián)度的熱固性樹脂，但現(xiàn)有文獻報道的無機堿催化劑皆難以溶于異丙醇[6,7]。因此，本文目的在于探索以較易溶解無機堿催化劑氫氧化鈉的乙醇代替異丙醇為溶劑時合成間苯二酚－糠醛氣凝膠的可能性，并對所制備的凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行初步表征。
2 實 驗
根據(jù)預(yù)定配方，將間苯二酚、糠醛和氫氧化鈉溶解于乙醇中，混合均勻后傾入玻璃瓶中密封，置于80℃水浴中反應(yīng)7天，之后取出凝膠棒，放置于超臨界干燥器中在乙醇超臨界條件干燥，得到有機氣凝膠。
測定氣凝膠的幾何尺寸和質(zhì)量，計算氣凝膠的本體密度。片刮取氣凝膠樣品粉末，超聲分散于乙醇中，然后負載于銅網(wǎng)上。利用JEM-2010H透射電鏡觀察氣凝膠樣品的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
稱取約0.1g的樣品，干燥后，用Micromeritics公司產(chǎn)的ASAP2010吸附儀測定樣品的N2吸附－脫附等溫線，并計算樣品的表面積、孔體積及其孔徑分布。
3 結(jié)果與討論
一般地，隨著間苯二酚和糠醛反應(yīng)的進行，溶液從淺黃色變到黃色、再到棕黃色，然后約在20～95h（此凝膠化時間隨制備條件的變化而變化）后生成黑色不透明的有機醇凝膠。這表明以乙醇為溶劑，無機堿催化劑可以實現(xiàn)間苯二酚－糠醛的溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變。表1示出有機氣凝膠的配方及其密度。
可以看出，有機氣凝膠的實際密度與理論密度接近，由此可以看出本文所制備的凝膠可以直接通過乙醇超臨界法干燥，而且收縮率較小。而且，從表1我們還可以看出，改變制備條件（例如，間苯二酚與催化劑的摩爾比（R/C）、間苯二酚與糠醛的摩爾比(R/F)和反應(yīng)物總濃度等），我們可以把有機氣凝膠的密度控制在0.26～0.55g·cm-3。
為了考察所合成的有機氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們對有機氣凝膠(樣品B)進行了TEM表征。如圖1所示，與經(jīng)典的有機氣凝膠相似[1], 本文所制備的有機氣凝膠也由球狀納米粒子相互連結(jié)而成的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)粒子的直徑約10nm，網(wǎng)絡(luò)間形成的孔集中在10nm左右。