Preparation and characterization of silica aerogel polymer composites

Abstract

Bu çalışmada, binalarda vakumlu yalıtım panelleri olarak kullanılarak enerji verimliliğini artırmak için silica aerojel-polimer nanokompozit malzemeleri geliştirilmiştir. Değişik polimerler kullanılarak yapılan monolitik kompozitler geleneksel sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Kullanılan polimerler poli(etilen blok polietilen glikol) (PEPEG), polivinil pirolidon (PVP), polivinil asetat (PVAc) ve poli(vinil metil eter) (PMVE)'dir. Kompozit malzemeler Fourier Transform Infrared Spektrometresi (ATR-FTIR), Termo Gravimetrik Analiz Cihazı ve de Nitrojen Fizisorpsiyon Tekniği (BET) ile analiz edilmiştir. Vakum yalıtım panellerinde test edilmek üzere şeffaf veya opak, monolitik kompozit malzemeler üretilmiştir. Kompozit içerisinde polimerin bulunduğu infrared spektrometresi ya da termo gravimetrik analiz ile doğrulanmıştır. Üretilen malzemelerin ortalama yüzey alanı 800 m2/g, ortalama gözenek çapı ise 5 nm olarak bulunmuştur. Polimer eklenmesinin spesifik yüzey alanını ve gözenek boyu dağılımını önemli ölçüde değiştirmediği gözlemlenmiştir. Polimer ekleme zamanı değiştirilerek, bu parametrenin kompozitin özelliklerini nasıl değiştirdiği incelenmiştir. Eklenen polimer miktarının malzemenin yoğunluğunu, gözenek yapısını ve hacimsel olarak çekme miktarını nasıl değiştirdiği de ayrıca gözlemlenmiştir.

In this study, new nanotechnology-based high performance insulation systems for energy efficiency, nanostructured composites of silica aerogels with polymers are being developed as core materials for vacuum insulation panels in buildings. Monolithic composites of a wide variety of polymers with silica aerogels were synthesized by modification of the conventional sol-gel method to produce silica aerogels. The polymers used in the study are poly(ethylene block poly ethylene glycol) (PEPEG), poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), poly(vinyl acetate) (PVAc) and poly(methyl vinyl ether) (PMVE). Characterization of the composite materials was performed by Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) spectroscopy, Thermal Gravimetric Analysis (TGA) and by Nitrogen Physisorption using BET. Both transparent and opaque crack-free monolithic composites suitable for testing and use in VIPs were obtained. The presence of polymer in the composites was confirmed by IR spectroscopy and TGA. The composites were mesoporous materials with high surface areas around 800 m2/g and average pore sizes around 5 nm. Incorporation of polymers did not significantly change the pore size distribution and the specific surface area of the pure silica aerogels. The effects of the time of polymer addition at various stages of the conventional sol-gel process such as before/after the hydrolysis step and during the aging step, on the properties of the composites were investigated. Opacity was found to be correlated to the phase separation of the polymer from the reaction mixture. The effect of polymer content on the resulting properties was also investigated along with density, porosity and shrinkage calculations.