تهيه و شناسايي سازه ليفي فوق آب گريز سيليكاايروژل/بازالت خشك شده در فشار محيط

Synthesis and properties of super hydrophobic silica aerogel/basalt fibers blanket by ambient drying method

در سال هاي اخير، تهيه سازه هاي ليفي ايروژلي منعطف، مستحكم و دوست دار محيط زيست، مورد توجه محققان قرار گرفته است. در تحقيق حاضر، سازه ليفي جديد سيليكاايروژل/الياف بازالت براي اولين بار با استفاده از الياف بازالت و نانوساختار سيليكاايروژل بر اساس فرآيند سل-ژل دومرحله اي و روش خشك كردن در فشار محيط و با غوطه ورسازي لايه ي الياف بازالت در سل سيليكا تهيه شد. ذرات نانوساختار سيليكاايروژل با استفاده از آزمون هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي ميدان وسيع (FE-SEM) و جذب و واجذب نيتروژن، شناسايي و گروه هاي شيميايي، خواص آب گريزي و زبري سطح الياف بازالت و سازه با استفاده از آزمون هاي مختلف شامل آزمون طيف سنجي مادون قرمز (FTIR)، زاويه تماس و زبري سطح بررسي شد. نتايج نشان دادكه ذرات نانوساختار سيليكاايروژل حاصل، چگالي g/cm3 34/0، تخلخل 85% و سطح مخصوص m2/g 750 دارند. اندازه حفرات در محدوده 2-22 نانومتر بوده و ميانگين آن ها 5/1±7 نانومتر است. بررسي ريخت شناسي الياف و سازه حاصل نشان داد كه تشكيل ذرات نانوساختار سيليكاايروژل و پوشش آن ها بر سطح الياف بازالت در اثر فرايند سنتز سل-ژل به طور موثري صورت گرفته و منجر به ايجاد خواص آب گريزي شديد در الياف بازالت آب دوست شده است. به طوري كه زاويه تماس الياف بازالت با آب از 0 درجه به 114 درجه در سازه حاصل افزايش پيدا كرد. همچنين زبري سطح الياف بازالت در اثر پوشش دهي با سيليكاايروژل، به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش يافته و افزايش حجم سل در تهيه سازه حاصل منجر به پوشش دهي بيشتر سطح الياف بازالت با ذرات سيليكاايروژل شده و بنابراين افزايش زبري سطح الياف از 6/3 به 11 ميكرومتر را درپي داشت.

Recently, flexible and environmental-friendly aerogel blankets have attracted considerable attention. In this work, the novel silica aerogel/basalt blanket was prepared using basalt fibers via a two-step sol-gel process followed by an ambient drying method and immersing the basalt fiber layer into silica sol. The silica aerogel particles were characterized by FTIR, FE-SEM and nitrogen adsorption analysis. The morphology, hydrophobic properties and surface roughness of neat basalt fiber and its aerogel blanket were also investigated. The density if 0.34 g/cm3, the porosity of 85%, mean pore size of 7±1.5 nm and the surface area of 750 m2/g for the nanostructured silica aerogel particles are obtained. The formation of nanostructured silica aerogel particles on the surface of basalt fibers in the sol-gel process were efficiently occurred leading to a strong hydrophobicity the blanket samples (contact angle of 114°) compared to the hydrophilic neat basalt fibers. The surface roughness of basalt fiber in the blanket samples was increased due to the fiber surface coating with silica aerogel particles. Increasing the sol volume in the synthesis process increased the basalt surface roughness from 3.6μ to 11μ.