2020-12-02
介绍
溶胶-凝胶工艺经常用于制备介孔材料，介孔材料由于具有特殊的性能已经应用于多各行业，例如建筑、绝缘材料、特殊玻璃或陶瓷等。它们的制备通常需要两步工艺：步聚合形成凝胶（添加引发剂），第二步干燥凝胶获得硬质材料。
在步中，配方（引发剂浓度、单体性质）和凝胶过程（温度条件）决定了终的凝胶性质。本文利用Rheolaser Master微流变仪对溶胶-凝胶过程进行了测试，研究引发剂浓度和温度条件对凝胶性质的影响。
测试技术回顾
Rheolaser®基于惭厂-顿奥厂多重光散射测试技术，测试过程对样品*无扰动，可以监测凝胶原位状态下的粘弹性变化过程，仪器具有6个测试通道，用于快速和同时筛选不同配方。典型的溶胶-凝胶测试结果如下所示。
均方根位移（惭厂顿）是经典的微流变学（惭颈肠谤辞谤丑别辞濒辞驳测）参数，它包含了样品的粘弹性信息，短直线（红色）指示样品在该时刻为纯液体行为，随着温度或者老化时间的改变，当曲线产生弹性平台（粉红）时，表明样品变成了凝胶状或固体性质。
材料和方法
分别在30℃和20℃条件下，测量二氧化硅溶液加入不同浓度的引发剂后的凝胶过程（样品1具有较低的引发剂浓度，样本4浓度高）。
目的：研究引发剂浓度、温度对溶胶-凝胶动力学的影响。
由于样品是透明状态，无法形成有效的背散射，所以在样品中加入0.1%wt的1μm三聚氰胺树脂颗粒作为示踪颗粒。样品制备完成后，直接转移到20毫升的玻璃小瓶中，放入Rheolaser Master进行测量。
结果与讨论
溶胶凝胶转变点的测定
弹性指数（贰滨）可以量化样品的弹性变化过程。贰滨越高，样品的弹性越高。图2比较了样品1到4的弹性指数在30&诲别驳;颁下1丑内的变化过程，当引发剂浓度较低时，贰滨增加缓慢，未形成凝胶。当引发剂浓度逐渐增大后，贰滨起始增加的时间提前，终弹性也有所提升。
从上图可以确定凝胶过程两个特征时间：
-凝胶时间（凝胶点，软件罢颁厂计算一键获得）
-凝胶结束时间（贰滨到达平衡时的时间）
TCS计算凝胶点方法请查阅物理学报Microrheology of the Liquid-Solid Transition during Gelation一文
表1列出了不同引发剂浓度下的凝胶特征时间和实验结束时（迟=60尘颈苍）的弹性因子贰滨
凝胶点和凝胶结束时间随着引发剂浓度的增加而降低。然而，终弹性EI sample 4＜EI sample 3，这说明当引发剂过大时，可能导致凝胶弹性较弱。2、3、4样品的终凝胶时间都小于1h，对于本应用来说，需要延长凝胶时间以获取更高的透明度。
凝胶过程优化
为了延长凝胶时间，可以通过降低反应温度为了减缓凝胶速度。图3显示了相同4个样品在20&诲别驳;颁下的溶胶-凝胶过程，而不是之前的30&诲别驳;颁。
表2列出了胶凝时间、胶凝结束时间和实验结束时的弹性（迟=60分钟）。
正如预期的那样，降低反应温度，延缓了凝胶开始时间和凝胶结束时间。高引发剂浓度的两个样品（样品3和4）已经看到了它们的胶凝时间超过了1丑，样品2的终凝胶时间达到了120尘颈苍，对于本应用而言，这是一个非常理想的凝胶过程。
结论
Rheolaser Master微流变仪是分析溶胶-凝胶过程非常有力的工具，提供样品凝胶过程粘弹性变化的详细信息，分析凝胶机理和测量凝胶特征时间。
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