X線小角散乱法による無機非晶質ゲルのメゾ細孔形成過程の解析

小角X射线散射法分析无机非晶凝胶介孔形成过程

• 批准号: 06750859
• 负责人: 中西 和樹
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750859/
• 关键词: X線小角散乱; ゾル-ゲル法; 多孔体; メゾ細孔; フラクタル; 溶解・再析出; シリカ

数種の水溶性有機高分子、あるいは部分的に加水分解を受けた後重縮合するシリカと親和性の低い極性溶媒の共存下において、珪素アルコキシドを加水分解することにより、ゾル-ゲル転移とスピノ-ダル分解を並行して誘起し、溶媒置換操作に好適なマイクロメートル領域の絡み合い多孔構造を持つシリカゲルを得た。所定の組成においてゾル-ゲル反応および熟成後、湿潤状態のゲルを様々なpHを持つ水溶液に浸漬して溶媒置換を行った。まず、十分平衡な構造が得られる浸漬時間を決定し、続いて適切な時間間隔毎に、溶媒置換中のゲルのX線小角散乱を湿潤状態のままで測定した。散乱データをPorodプロットし、散乱プロファイルの傾きからフラクタル構造の変化を見積もったところ、弱酸性および中性条件では検出し得るほどの構造変化は認められなかった。塩基性条件下での置換においては、湿潤状態では次数約2の体積フラクタル的構造であったものが、浸漬後数時間で、細かい構造から順に表面フラクタルの構造へと変化してゆくことが明らかになった。浸潤状態でのフラクタル次元は、出発組成や共存高分子の種類によって差異が認められたが、塩基性溶液中での溶媒置換によってほぼ同等のメゾ細孔構造を得ることが可能であった。最終状態の細孔構造は、置換溶媒のpHと置換時の温度によって一義的に決まるが、置換溶媒の量が少ない場合には、最終構造に至るまでの構造変化は緩慢に起こることが明らかになった。これは構造変化の律速段階が溶出過程であることを示唆していた。

在存在几种水溶性有机聚合物或与二氧化硅亲和力较低的极性溶剂的情况下，硅烷氧的水解，它们经过部分水解，并具有多结合，可平行地诱导溶胶 - 凝胶过渡和spino-dall分解，并在硅胶中，可用于孔索溶液中的硅胶结构，可替换溶剂溶液中。在给定成分中的溶胶 - 凝胶反应和衰老后，将湿凝胶浸入具有各种pHs的水溶液中以替代溶剂。首先，确定浸入时间以获得良好的平衡结构，然后在溶剂置换过程中测量凝胶的小角度X射线散射，在适当的时间间隔内保持湿润。 Porod绘制了散射数据，并根据散射曲线的斜率估算了分形结构的变化，在弱酸性和中性条件下未发现结构变化。在基本条件下的替代中，有发现，在潮湿的状态下，体积分形结构约为2，从精细的结构变为浸入后几个小时后的表面分形结构。尽管观察到浸润状态的分形尺寸的差异取决于起始组合物和共存聚合物的类型，但可以通过在基本溶液中取代溶剂来获得几乎相同的中孔结构。最终状态中的孔结构是由取代溶剂的pH和替代时温度唯一决定的，但是已经发现，当替换量较小时，导致最终结构的结构变化就会缓慢发生。这表明结构变化的限速步骤是洗脱过程。

项目成果

K.Nakanishi: "Phase separation kinetics in silica sol-gel system containing polyethylene oxide I.Initial Stage" Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2. 227-231 (1994)

K.Nakanishi：“含有聚环氧乙烷 I 的二氧化硅溶胶-凝胶体系中的相分离动力学 I.初始阶段”《溶胶-凝胶科学与技术》杂志。