微凝膠(又稱微膠)是一種正在發(fā)展的新型功能性聚合物,在改善漆膜流掛性和機(jī)械性能方面具有顯著的優(yōu)勢(shì),因此得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。早在1934年微凝膠就由Staudinger等人合成。Funke在微凝膠,特別是在反應(yīng)性微凝膠方面做了大量理論和實(shí)驗(yàn)工作,用二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯的多官能單體進(jìn)行乳液聚合,制成活性微凝膠,并給出了微凝膠的定義。之后人們經(jīng)過(guò)多年的探索與研究,對(duì)微凝膠及其在涂料中的功能和相互作用機(jī)理有了更深刻的認(rèn)識(shí),并把微凝膠的定義修正為凡凝膠顆粒大小在1~1000nm之間,具有分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的顆粒都稱為微凝膠。微凝膠的大小與高相對(duì)分子質(zhì)量的線型聚合物相當(dāng),分子內(nèi)是交聯(lián)結(jié)構(gòu),與空間網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物相似,有時(shí)其交聯(lián)程度更高。
根據(jù)微凝膠分子內(nèi)部交聯(lián)密度的不同,微凝膠可以分為硬質(zhì)微凝膠和軟質(zhì)微凝膠兩類。交聯(lián)密度越高,微凝膠硬度越高;反之,微凝膠越柔軟,趨向于線型聚合物。根據(jù)分子內(nèi)及表面有無(wú)反應(yīng)性基團(tuán),微凝膠又可以分為反應(yīng)性微凝膠和非反應(yīng)性微凝膠兩類,其中以反應(yīng)性微凝膠的研究最為活躍,應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也是反應(yīng)性微凝膠居多。反應(yīng)性微凝膠常見(jiàn)活性基團(tuán)有雙鍵、羥基、羧基、氨基和環(huán)氧基等。
微凝膠(又稱微膠)是一種正在發(fā)展的新型功能性聚合物,在改善漆膜流掛性和機(jī)械性能方面具有顯著的優(yōu)勢(shì),因此得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。早在1934年微凝膠就由Staudinger等人合成。Funke在微凝膠,特別是在反應(yīng)性微凝膠方面做了大量理論和實(shí)驗(yàn)工作,用二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯的多官能單體進(jìn)行乳液聚合,制成活性微凝膠,并給出了微凝膠的定義。之后人們經(jīng)過(guò)多年的探索與研究,對(duì)微凝膠及其在涂料中的功能和相互作用機(jī)理有了更深刻的認(rèn)識(shí),并把微凝膠的定義修正為凡凝膠顆粒大小在1~1000nm之間,具有分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的顆粒都稱為微凝膠。微凝膠的大小與高相對(duì)分子質(zhì)量的線型聚合物相當(dāng),分子內(nèi)是交聯(lián)結(jié)構(gòu),與空間網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物相似,有時(shí)其交聯(lián)程度更高。
微凝膠的制備方法較多,常見(jiàn)的有以下幾種方法:溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、無(wú)皂乳液聚合、非水分散聚合和沉淀聚合。聚合反應(yīng)大多為自由基聚合,也有報(bào)道通過(guò)陰離子聚合制備微凝膠的方法。
通常情況下,微凝膠可通過(guò)反相乳液聚合(inverse emulsion polymerization)或者沉淀法(precipitation-based method)制備而成,但是這兩種方法均存有缺陷,前者容易合成出性能不穩(wěn)定的微凝膠,后者無(wú)法合成出特定尺寸的微凝膠。其他的合成途徑是通過(guò)使用微流體裝置制備數(shù)量眾多的單體凝膠顆粒,期間需要在微米尺寸下控制流體速度,這樣才能獲得均勻的且尺寸小的初級(jí)凝膠滴。
根據(jù)微凝膠分子內(nèi)部交聯(lián)密度的不同,微凝膠可以分為硬質(zhì)微凝膠和軟質(zhì)微凝膠兩類。交聯(lián)密度越高,微凝膠硬度越高;反之,微凝膠越柔軟,趨向于線型聚合物。根據(jù)分子內(nèi)及表面有無(wú)反應(yīng)性基團(tuán),微凝膠又可以分為反應(yīng)性微凝膠和非反應(yīng)性微凝膠兩類,其中以反應(yīng)性微凝膠的研究最為活躍,應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也是反應(yīng)性微凝膠居多。反應(yīng)性微凝膠常見(jiàn)活性基團(tuán)有雙鍵、羥基、羧基、氨基和環(huán)氧基等。
微凝膠的制備方法較多,常見(jiàn)的有以下幾種方法:溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、無(wú)皂乳液聚合、非水分散聚合和沉淀聚合。聚合反應(yīng)大多為自由基聚合,也有報(bào)道通過(guò)陰離子聚合制備微凝膠的方法。
通常情況下,微凝膠可通過(guò)反相乳液聚合(inverse emulsion polymerization)或者沉淀法(precipitation-based method)制備而成,但是這兩種方法均存有缺陷,前者容易合成出性能不穩(wěn)定的微凝膠,后者無(wú)法合成出特定尺寸的微凝膠。其他的合成途徑是通過(guò)使用微流體裝置制備數(shù)量眾多的單體凝膠顆粒,期間需要在微米尺寸下控制流體速度,這樣才能獲得均勻的且尺寸小的初級(jí)凝膠滴。
微凝膠獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)賦予了其多方面優(yōu)異的功能,可以顯著改善涂料的流變性能,并增強(qiáng)涂膜各項(xiàng)性能。微凝膠還可以用于制備透濕性的防 水涂料,特別是在建筑涂料領(lǐng)域。微凝膠與乳膠樹(shù)脂復(fù)配的涂料除了形成致密的涂膜以防止水分的滲透外,還可以使混凝土內(nèi)的水分向外擴(kuò)散,提高混凝土的強(qiáng)度。這種復(fù)配涂料具有良好的水蒸汽透過(guò)速度(MVTR),在加量適宜時(shí)又不影響涂膜的耐水性,并隨微凝膠用量增加涂膜耐水性提高,但微凝膠用量超過(guò)16%,MVTR就迅速降低。另外,微凝膠還可以用來(lái)提高顏料分散的穩(wěn)定性和耐化學(xué)品性,在鋁粉漆中還可以很好地提高漆膜的流平性和鋁粉的定向性。這種顆粒已在藥物輸送、細(xì)胞包覆、納米反應(yīng)器和生物傳感器等研究領(lǐng)域中展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。
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針對(duì)微柱凝膠卡片生產(chǎn)中封口操作麻煩、效率低、不合格率較高等情況,采用模塊化設(shè)計(jì)方法提出了一種基于PLC控制系統(tǒng)的微柱凝膠卡自動(dòng)封切機(jī)。分析了各功能模塊的工作原理,重點(diǎn)對(duì)熱封和切膜模塊進(jìn)行了介紹;通過(guò)PLC和觸摸屏結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制。該設(shè)備性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單方便,大大提高了卡片的封口效率和質(zhì)量。
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玻璃珠 /聚砜核殼型微球可用于分離過(guò)程中的吸附介質(zhì)和催化劑的載體?;谙噢D(zhuǎn)化原理 ,提出了向聚砜的二甲基甲酰胺 (DMF)溶液中先加入乙醚再加入水的分步溶膠凝膠法 ,制備出了核殼型玻璃珠 /聚砜微球。通過(guò)掃描電子顯微鏡、紅外光譜和 X光電子能譜檢測(cè)表明形成了單分散性良好、聚砜膜厚度為幾μm的核殼型微球 ,且聚砜薄膜的表面致密。該制備方法的聚砜利用率高于 80 % ,玻璃珠的利用率接近 10 0 %。乙醚加入量對(duì)微球性質(zhì)影響較小 ,但其與DMF溶液的體積比要求大于 4 .5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,分步溶膠凝膠過(guò)程是一種高效制備玻璃珠 /聚砜核殼型微球的方法
氣凝膠簡(jiǎn)介
氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài),世界上密度最小的固體。密度為3kg每立方米。一般常見(jiàn)的氣凝膠為硅氣凝膠,其最早由美國(guó)科學(xué)工作者Kistler在1931年制得。氣凝膠的種類很多,有硅系,碳系,硫系,金屬氧化物系,金屬系等等。aerogel是個(gè)組合詞,此處aero是形容詞,表示飛行的,gel顯然是凝膠。字面意思是可以飛行的凝膠。任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后,又可基本保持其形狀不變,且產(chǎn)物高孔隙率、低密度,則皆可以稱之為氣凝膠。
因?yàn)槊芏葮O低,目前最輕的硅氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米
略低于比空氣密度,所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常小(納米量級(jí)),所以可見(jiàn)光經(jīng)過(guò)它時(shí)散射較?。ㄈ鹄⑸洌拖耜?yáng)光經(jīng)過(guò)空氣一樣。因此,它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)(如果里面沒(méi)有摻雜其它東西),如果對(duì)著光看有點(diǎn)發(fā)紅。(天空是藍(lán)色的,而太陽(yáng)看起來(lái)有點(diǎn)紅)。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣,所以有非常好的隔熱效果,一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間,玫瑰也會(huì)絲毫無(wú)損。氣凝膠在航天探測(cè)上也有多種用途,在俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”的探測(cè)器上都有用到這種材料。氣凝膠也在粒子物理實(shí)驗(yàn)中,使用來(lái)作為切連科夫效應(yīng)的探測(cè)器。位在高能加速器研究機(jī)構(gòu)B介子工廠的Belle 實(shí)驗(yàn)探測(cè)器中一個(gè)稱為氣凝膠切連科夫計(jì)數(shù)器(Aerogel Cherenkov Counter, ACC) 的粒子鑒別器,就是一個(gè)最新的應(yīng)用實(shí)例。這個(gè)探測(cè)器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性,還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì),優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時(shí),其輕量的性質(zhì)也是其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
氣凝膠最初是由S.Kistler命名,由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠,故將氣凝膠定義為:濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料,稱之為氣凝膠。在90年代中后期,隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,目前普遍接受的氣凝膠的定義是:不論采用何種干燥方法,只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代,同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變,這樣所得的材料都稱為氣凝膠。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),擁有極高孔洞率、極低的密度、高比表面積、超高孔體積率,其體密度在0.003-0.500 g/cm-3范圍內(nèi)可調(diào)。(空氣的密度為0.00129 g/cm-3)。
氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過(guò)程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過(guò)程中,通過(guò)控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件,在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇,團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體,而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過(guò)程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞,采用超臨界干燥工藝處理,把凝膠置于壓力容器中加溫升壓,使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體,氣液界面消失,表面張力不復(fù)存在,此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放,即可得到多孔、無(wú)序、具有納米量級(jí)連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。
氣凝膠內(nèi)含大量的空氣,典型的孔洞線度在l—l00納米范圍,孔洞率在80%以上,是一種具有納米結(jié)構(gòu)的多孔材料,在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面均顯示其獨(dú)特性質(zhì)。它們明顯不同于孔洞結(jié)構(gòu)在微米和毫米量級(jí)的多孔材料,其纖細(xì)的納米結(jié)構(gòu)使得材料的熱導(dǎo)率極低,具有極大的比表面積.對(duì)光、聲的散射均比傳統(tǒng)的多孔性材料小得多,這些獨(dú)特的性質(zhì)不僅使得該材料在基礎(chǔ)研究中引起人們興趣,而且在許多領(lǐng)域蘊(yùn)藏著廣泛的應(yīng)用前景。
第1章 緒論1
凝膠的定義1
凝膠的類型2
依據(jù)來(lái)源分類2
依據(jù)交聯(lián)方式分類2
依據(jù)凝膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)及其尺寸分類3
依據(jù)凝膠尺寸分類4
依據(jù)介質(zhì)類型分類5
凝膠的特性5
凝膠化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史6
溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化理論的發(fā)展6
凝膠工業(yè)的發(fā)展與展望7
參考文獻(xiàn)12
第2章 凝膠的制備方法、凝膠點(diǎn)和溶脹平衡14
凝膠的制備方法14
化學(xué)凝膠的制法14
物理凝膠的制備方法20
凝膠點(diǎn)與凝膠點(diǎn)測(cè)定方法24
凝膠點(diǎn)的定義與理論預(yù)測(cè)24
凝膠點(diǎn)的測(cè)定方法28
溶脹的基礎(chǔ)理論和溶脹平衡36
溶脹的基礎(chǔ)理論36
溶脹平衡41
體積相變42
溶脹速度理論46
凝膠網(wǎng)絡(luò)的溶脹速度理論46
臨界松弛和相分離51
速度理論的應(yīng)用與實(shí)例51
參考文獻(xiàn)54
第3章 凝膠的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)解析方法57
凝膠結(jié)構(gòu)57
靜態(tài)結(jié)構(gòu)58
動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)67
測(cè)定凝膠結(jié)構(gòu)的方法72
紅外分光72
X射線和中子散射80
核磁共振88
顯微鏡101
參考文獻(xiàn)117
第4章 凝膠的功能120
凝膠的特性與功能120
吸水性(吸濕性、保水性)121
高吸水性樹(shù)脂121
面向衛(wèi)生材料的高吸水化125
用于其他領(lǐng)域的吸水性樹(shù)脂的高吸水化126
緩釋性與DDS127
水凝膠在DDS中的應(yīng)用127
高分子凝膠的溶脹和收縮行為128
3 凝膠溶脹變化和對(duì)藥物釋放的功效134
利用凝膠的結(jié)構(gòu)變化控制藥物釋放139
吸附與分離性144
1 吸附性144
凝膠濃縮溶劑的特性和溶劑混合液通過(guò)凝膠膜分離的特性148
凝膠與生物物質(zhì)的相互作用158
輸送和滲透性(物質(zhì)擴(kuò)散性)168
物質(zhì)在高分子凝膠中擴(kuò)散的理論169
擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定方法170
研究實(shí)例172
載性與吸油性179
固定化179
油凝膠化劑186
光學(xué)性質(zhì)195
光透射性195
替代玻璃體的材料199
能量轉(zhuǎn)換性203
化學(xué)力學(xué)高分子凝膠203
信息變換性215
電性能和形狀記憶特性222
凝膠的電性能222
形狀記憶性227
微凝膠的流變性和水凝膠的生物相容性232
微凝膠232
水凝膠的生物相容性236
參考文獻(xiàn)244
第5章 凝膠的應(yīng)用250
衛(wèi)生用品250
紙尿布250
衛(wèi)生巾255
生活日用品259
化妝品259
芳香除臭劑270
寵物用品273
一次性懷爐275
家庭廢油處理劑277
食品包裝278
食品保鮮用吸水片278
食品保鮮用的多功能包裝材料283
用于食品運(yùn)輸?shù)谋@鋭?85
食品加工用的接觸除水片287
醫(yī)藥和醫(yī)療290
培養(yǎng)細(xì)胞的凝膠290
凝膠在整形外科中的應(yīng)用292
軟質(zhì)隱形眼鏡297
醫(yī)療用的吸收性水凝膠302
生物黏附性凝膠及其應(yīng)用305
皮膚粘貼劑和抗炎癥的軟膏劑309
用凝膠控制藥物釋放311
醫(yī)療傳感器316
活細(xì)胞封入水凝膠318
農(nóng)業(yè)與園藝324
混合SAP的土壤特性324
在干燥地區(qū)應(yīng)用SAP經(jīng)營(yíng)農(nóng)業(yè)的例子329
土木建筑330
水溶脹橡膠330
防結(jié)露333
耐火材料337
化學(xué)工業(yè)340
凝膠作為分離介質(zhì)的利用340
吸油性凝膠及其應(yīng)用344
高吸水凝膠在油水分離方面的應(yīng)用347
凝膠用作潛熱蓄熱材料348
電泳中的應(yīng)用351
電子、電機(jī)工業(yè)355
通訊電纜355
電池361
傳感器375
體育和娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)386
凝膠在體育用品中的應(yīng)用386
人造雪388