纳米SiO2/桐油基环氧树脂复合材料的制备及性能

通过制备环氧化桐油酸甲酯,并将其与E51环氧树脂共混,得到桐油基环氧树脂。再用硅烷偶联剂KH-570改性纳米SiO₂,并以不同的质量比添加到桐油基环氧树脂中,探究不同纳米SiO₂含量在力学性能、接触角以及耐磨损性能上对桐油基环氧树脂复合材料的影响。结果表明：质量比为6%的纳米SiO₂的桐油基环氧树脂复合材料的拉伸和冲击强度都得到了提高,冲击强度较未加入纳米SiO₂提高了53.3%,水接触角也从93.3°提高到104.76°,并且添加纳米SiO₂之后复合材料的耐磨损性能也随之增强。     

TiO2纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO₂纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO₂复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO₂纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O₂纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO₂纳米粒子尺寸为5～10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。     

纳米氧化锌/二氧化硅杂化体的制备及其对天然橡胶复合材料性能的影响

采用3-氰基丙基三乙氧基硅烷（CTOS）对二氧化硅（SiO₂）进行了氰基化改性，并采用热溶剂法将纳米ZnO沉积于氰基官能化SiO₂（SiO₂-CN）表面，制备出纳米氧化锌/二氧化硅杂化体（ZnO@SiO₂），并使用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜等对杂化结构进行表征。将ZnO@SiO₂作为填料添加入天然橡胶中制备复合材料（NR/ZnO@SiO₂），然后对ZnO@SiO₂与橡胶的界面关系进行了分析，并研究了ZnO@SiO₂对橡胶复合材料的硫化特性、力学性能的影响。结果表明，纳米ZnO成功沉积在SiO₂-CN表面，并且NR/ZnO@SiO₂复合材料表现出优异的机械性能和硫化特性。与天然橡胶相比，仅添加5份杂化体的NR/ZnO@SiO₂复合材料的拉伸强度、100%定伸及300%定伸强度分别增加了150.2%、86.2%和65.5%，并且正硫化时间缩短了38.5%。     

无规共聚聚丙烯/纳米二氧化硅复合材料的制备与性能研究

采用熔融共混法制备了无规共聚聚丙烯/纳米二氧化硅（PP?R/SiO₂）复合材料,并通过电子万能拉伸试验机、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（PLM）和扫描电子显微镜（SEM）等对复合材料的力学性能、结晶热力学、结晶形态和微观形貌进行了表征。结果表明,加入纳米SiO₂可以提高PP?R的结晶温度及熔融温度,使之从纯PP?R的93 ℃和141.6 ℃提高到105.6 ℃和142.8 ℃;纳米SiO₂在复合材料中起到异相成核的作用,可以提高结晶速率并细化晶粒,从而提高复合材料的冲击强度;当纳米SiO₂含量为2 %（质量分数,下同）时,复合材料在-15 ℃下的冲击强度达到最大,较纯PP?R提高了2倍多;当纳米SiO₂含量为1 %时,复合材料在23 ℃下的冲击强度达到最大,较纯PP?R提高了近2倍;同时,复合材料的弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率也有所提升。     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

PVA/nano-SiO2原位聚合薄膜性能的研究

采用溶胶-凝胶与原位聚合技术,制备了不同纳米二氧化硅（nano-SiO₂）含量的聚乙烯醇/二氧化硅（PVA/SiO₂）杂化薄膜。研究了纳米颗粒的引入对PVA/SiO₂薄膜热学和力学性能的影响。结果表明:SiO₂含量较低时只降低PVA/SiO₂结晶度,而含量较高时结晶度和结晶尺寸均降低;SiO₂的加入拓宽了PVA的玻璃化转变温度（T_g）范围,提高了PVA的热稳定性;PVA/SiO₂的拉伸强度、拉伸模量得到增强,而断裂伸长率则呈下降趋势。SiO₂质量分数为5%时,PVA/SiO₂薄膜的综合性能最佳。     

HTPB液体橡胶/纳米SiO2协同增韧环氧树脂的研究

为了解决单一材料改性环氧树脂(EP)综合性能不足的问题，采用端羟基聚丁二烯(HTPB)和纳米二氧化硅(SiO₂)对EP进行协同改性。结果表明：HTPB的端羟基和纳米SiO₂表面的硅羟基可以与树脂基体的环氧基团反应，形成良好的界面结合。HTPB可以显著提升EP的韧性，但增强作用有限，且耐热性较差。纳米SiO₂能够起增强、增韧作用，同时也具有很好的热稳定性，但增韧效果不如HTPB。采用两者共同改性EP，具有很好的协同增强增韧效果。当HTPB添加量为3份、纳米SiO₂添加量为1份时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度相比于未改性EP，分别提升52.3%、54.0%和106.5%。添加HTPB和纳米SiO₂后，复合材料相比纯EP具有更低的介电常数。     

HDPE/SiO_2-g-PS复合材料的应力-应变行为

采用原子转移自由基聚合法在纳米SiO_2粒子表面上接枝了聚苯乙烯(PS)(SiO_2-g-PS),并研究其对高密度聚乙烯(HDPE)应力-应变行为的影响。透射电子显微镜及力学性能测试结果表明:所制备的纳米SiO_2-g-PS复合粒子在HDPE中分散均匀;HDPE/SiO_2-g-PS复合材料的拉伸断裂应变及断裂能均明显高于纯HDPE及HDPE/SiO_2复合材料;加入相容剂苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物后,纳米SiO_2-g-PS复合粒子在HDPE中分散更均匀,HDPE/SiO_2-g-PS复合材料的拉伸断裂应变及断裂能进一步提高。     

SiO2/Zn2SnO4/环氧丙烯酸酯涂层的阻燃性能

为了探究复合纳米颗粒对环氧丙烯酸酯（EA）涂层阻燃性能的影响，以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和正硅酸乙酯（TEOS）为原料合成了介孔二氧化硅纳米颗粒，以ZnCl₂和SnCl₄·5H₂O为原料合成了锡酸锌（Zn₂SnO₄）纳米颗粒，将它们复合制成了介孔二氧化硅/锡酸锌复合纳米颗粒（SiO₂/Zn₂SnO₄），并用X射线粉末衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）对其表征。将所制的纳米颗粒（介孔SiO₂、Zn₂SnO₄、SiO₂/Zn₂SnO₄）与丙烯酸、丙烯酰胺、EA复合，经UV光固化制备出3种涂层（SiO₂/EA、Zn₂SnO₄/EA、SiO₂/Zn₂SnO₄/EA），通过紫外-可见光谱仪、差示扫描量热仪（DSC）及氧指数测定仪等对涂层的透光率、热稳定性、阻燃性能进行测试。结果表明：SiO₂/Zn₂SnO₄/EA涂层的综合性能较佳，当SiO₂/Zn₂SnO₄质量分数为4.85%时，该涂层的热稳定性及阻燃性能最佳，其极限氧指数、燃烧级别、残炭率（500℃下马弗炉煅烧）和硬度分别为31、V-0、17.32 % 及6H。     

改性SiO2皮克林粒子及其乳液稳定性的研究

SiO₂皮克林粒子在微胶囊中被广泛使用，但多采用单一改性SiO₂粒子稳定O/W型乳液。本文采用两种硅烷偶联剂，γ-缩水甘油醚氧丙酯三甲氧基硅烷(KH560)和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)修饰亲水SiO₂粒子表面，得到复合改性的SiO₂皮克林粒子(KH560-KH570-SiO₂)。研究表明，相较于单一改性的KH560-SiO₂,KH570-SiO₂和复合改性的KH560-KH570-SiO₂都具有很好的乳化稳定性，但复合改性的SiO₂皮克林粒子具有的环氧基团能够赋予微胶囊功能化。     

碱木质素/聚乙烯亚胺碳点的制备及其对pH敏感性

以碱木质素（alkali lignin，AL）、聚乙烯亚胺（polyethylenimine，PEI）为碳源，其中PEI不仅作为碳源还作为表面钝化剂，在H₂O₂氧化下通过一步水热法绿色、高效制备高荧光、寿命长和多氨基化功能碳点（alkali lignin/polyethylenimine carbon dots，AL/PEI-CDs）。探究了碱木质素/PEI质量比、水热温度和水热时间等因素对碳点荧光强度的影响，确定了最佳的反应条件，同时考察了AL/PEI-CDs对pH的敏感性及稳定性。采用紫外分光光度计（ultraviolet spectrophotometer，UV-vis）、荧光分光光度计、原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）、高分辨透射显微镜（high resolution transmission electon microscopy，HRTEM）、傅里叶红外光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）和X射线衍射仪（X-ray diffractometer，XRD），对AL/PEI-CDs的光学性质、形貌结构、化学结构和晶体结构等进行了表征分析。结果表明，在碱木质素/PEI质量比为1∶12、水热温度190℃、水热时间12h的条件下，合成的AL/PEI-CDs荧光量子产率为25.53％，荧光寿命为5.06ns，表面含有丰富的氨基和羟基，且粒径均一、水溶性好，有良好的稳定性，在最佳激发波长为ex=313nm下对应的发射峰位为405nm，稀释液在紫外灯下发出明亮的蓝光。本研究制备的碳点在离子监测和细胞代谢过程监测质子传感器中可能具有良好的应用前景。     

原料复配制备木质素基成型活性炭研究

以碱木质素和杉木屑为原料,磷酸为活化剂,制备碱木质素基成型活性炭,考察了碱木质素质量分数、浸渍比、活化温度、活化时间等对活性炭性能的影响。研究结果表明：碱木质素复配杉木屑（碱木质素质量分数50%）后,复配料的表面润湿性显著提高,瞬时水接触角由133.2°（碱木质素）降低至86.6°（复配料）;热膨胀系数显著降低,膨胀温度区间的热膨胀系数由2 365 μm/（m·℃）（碱木质素）降低至45 μm/（m·℃）（复配料）。在最佳工艺条件即碱木质素质量分数50%、浸渍比1.5：1（纯磷酸与复配料质量比）、活化温度500℃、活化时间90 min下,制备的成型活性炭得率41.76%,碘吸附值1 070 mg/g,亚甲基蓝吸附值255 mg/g,强度90%,比表面积1 646 m²/g,总孔容积为0.795 cm³/g,其中孔径小于5 nm的孔容积占总孔容积的97.2%。     

HDPE/木质素复合材料的制备及性能

采用甲酸法制备了木质素,将木质素和羟甲基化木质素分别与高密度聚乙烯(HDPE)熔融共混制备了 HDPE／木质素复合材料,研究了其力学性能和相态结构。结果表明:随术质素或羟甲基化木质素加入量的增加,复合材料的断裂伸长率逐渐提高;弯曲模量和弯曲强度随羟甲基化木质素含量的增加分别提高了17.3％和12．2％;与木质素共混时,弯曲强度在木质素质量分数为2．5％处达到最高值(16．1 MPa),随后叉呈下降趋势;HDPE／木质素和 HDPE／羟甲基化木质素的断裂拉伸强度分别提高了8．0％和16．2％;但材料的抗冲击性能有所降低;总体上,木质素的羟甲基化使复合材料的性能优于木质素复合材料。     

利用TG-FTIR研究造纸黑液碱木质素的热解机理

采用热重-傅里叶红外光谱（TG-FTIR）联用的分析方法对造纸黑液碱木质素的热解失重特性和产物生成特性进行了研究。结果表明：碱木质素热解失重过程可分为3个阶段,其中200~500℃是碱木质素主要的热解挥发阶段,反应符合一级反应动力学模型,利用Coats-Redfern动力学模型计算得出不同升温速率下热解主反应的表观活化能为39.3~43.1 kJ/mol。FTIR的实时分析结果表明：碱木质素热解的气态产物主要有H₂O、CO₂、CO、CH₄、甲醇、酚类和N₂O;产物中的CH₄、甲醇、酚类和N₂O主要在300~500℃区间内释放,随着热解温度的升高,这些气态产物在420℃附近集中释放,且产量达到最大。     

Use of lignin strengthened with modified wheat gluten in biodegradable composites

In this study, composites from alkali lignin and wheat gluten, modified with different percentages of sodium silicate, were prepared and characterized. Moreover, the addition of silica to the aforementioned composites was studied with the aim of improving the thermal and mechanical properties. The effect of wheat gluten percent and the extent of its modification on the blends properties were investigated via diametric tensile strength, thermomechanical analysis (TMA), scanning electron microscope (SEM), thickness swelling and thermogravimetric analysis (TGA). The results showed significant improvement in the diametric tensile strength, thickness swelling, uniformity in the fracture surface, and the shift of glass transition temperature (T_g) toward higher values with increasing wheat gluten percent and its modification extent. These results reflect the enhancement of interaction between alkali lignin and wheat gluten. Alkali lignin/wheat gluten blends filled with silica possessed distinguishable characteristics and improved diametric tensile strength, low thermal expansion, and high T_g. Interestingly, TMA results showed that high dimensional stability against heating (thermal expansion percent) could be obtained using 60% wheat gluten modified with 15% sodium silicate and filled with 10% silica. This sample showed the highest T_g and the lowest thickness swelling in addition to smooth, uniform, and glossy surface as shown from the SEM images and TMA charts. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2009     

戊二醛交联碱木质素/聚乙烯醇膜的制备及其光学性能

以碱木质素和聚乙烯醇(PVA)为原料,以戊二醛为交联剂利用流延法制备了碱木质素/PVA交联反应膜。通过单因素实验考查了碱木质素加入量、戊二醛加入量对木质素／PVA反应膜光学性能的影响。采用SEM和FT-IR方法分析反应膜的表面形貌和化学结构,紫外可见光谱法分析了交联膜的光学性能。结果表明:当碱木质素和聚乙烯醇质量比为1∶10,戊二醛加入量 1.67 %,薄膜的透光率和吸光度都较好。碱木质素/PVA薄膜结构中有醚键生成,碱木质素和PVA发生了交联反应;碱木质素/PVA反应薄膜表面较光滑;加入碱木质素后,薄膜在紫外光区的吸光度提高了近 90 %,在可见光区的透过率降低了近 40 %,碱木质素对薄膜的吸光度和透过率影响较大;戊二醛的加入量增多可见光区透过率有所增大,但戊二醛对薄膜在紫外区吸光度变化不大,薄膜的紫外线吸收主要是受碱木质素的影响。碱木质素/PVA反应膜可作为良好的紫外吸收材料。     

聚乙烯醇/改性碱木质素发泡材料的制备与性能

以改性碱木质素与聚乙烯醇(PVA)为原料,甲醛为交联剂,采用无机发泡原理,制备了聚乙烯醇/碱木质素发泡材料(PLFM)、聚乙烯醇/环氧化碱木质素发泡材料(PELFM)和聚乙烯醇/羟甲基化碱木质素发泡材料(PHLFM),并利用红外光谱、扫描电镜、DSC及TG对发泡材料进行了测定及分析。结果表明, PVA用量为5 g时,环氧化碱木质素用量为50%(以PVA质量计,下同),甲醛用量24%,硫酸用量54%,固化温度120 ℃制备的PELFM拉伸强度最大,为17.26 MPa。FT-IR分析显示, PLFM和PHLFM的苯环5位均发生取代,而PELFM没有发生取代;SEM图片显示发泡材料的孔径不规则,孔隙率较大;与另两种发泡材料相比,PELFM拉伸性能低,表观密度较低,吸水倍率也较低。从DSC和TG分析可知,3种发泡材料中PELFM具有较低的玻璃态转变温度,但其生物相容性最好,PELFM失重率最高峰对应的峰值温度最大且介于碱木质素与PVA之间,烧失后残余量也最大,表明PELFM的耐热性更好,热稳定性更强。     

Insights into depolymerization pathways and mechanism of alkali lignin over a Ni1.2–ZrO2/WO3/γ-Al2O3 catalyst

This study performed catalytic depolymerization of alkali lignin over Ni-based catalysts. Effects of different promoters (Zr and W), Ni loadings, reaction temperatures, and the addition of formic acid and catalyst on lignin conversion and products distribution were all investigated. The result showed that the highest oil yield (40.1% (mass)) was obtained at 240?℃ over Ni_1.2/γ-Al₂O₃ promoted by Zr and W species. Quantitative analysis indicates that Zr and W species prefer to lignin depolymerization while Ni active phase prefer to hydrodeoxygenation and hydrogenation. The interconversion of products derived from lignin depolymerization was determined by gas chromatography-mass spectrometer, which demonstrated that phenolic compounds were dominant products in all lignin derived bio-oils, wherein the proportion of vanillin was highest (65.7%) at 180?℃, while that of alkyl guaiacols increased with the increase of temperature (from 12.45% at 180?℃ to 66.67% at 240?℃). Residual lignin obtained after lignin depolymerization was also investigated for detecting differences on functional groups, wherein the disappearing peaks at 1511?cm^?1 (stretching of aromatic rings), 1267, 1215 and 1035?cm^?1 (vibrations of guaiacyl and syringyl units) were detected by Fourier transform infrared spectrometry. Additionally, the higher O/C ratio measured by elemental analysis also confirmed that alkali lignin was depolymerized effectively under mild conditions.     

碱木质素接枝聚丙烯腈多孔材料的性能表征

在碱木质素与丙烯腈单体接枝共聚过程中分别添加无机模板剂硝酸铵、硝酸铁和氯化钠制备碱木质素接枝聚丙烯腈 (AL-g-PAN)多孔材料。利用SEM、XRD对AL-g-PAN的结构进行表征;以FT-IR对材料的官能团进行分析;以TG-DTG、DSC对AL-g-PAN的热性能进行测定。以硝酸铅为目标污染物,考察了多孔AL-g-PAN对Pb²⁺的吸附性能。结果表明:在25 ℃、Pb²⁺初始浓度为308.5 mg/L、pH值为5的条件下,以硝酸铁为模板剂制备的多孔AL-g-PAN对Pb²⁺平衡吸附量为145.83 mg/g,Pb²⁺去除率为94.5%;该多孔材料成孔均匀、平均孔径在0.913 nm、孔径主要分布在2 nm以下的微孔区域;相同条件下,无模板剂的碱木质素接枝聚丙烯腈对Pb²⁺平衡吸附量仅为28.06 mg/g,其去除率为18.2%。多孔AL-g-PAN的热稳定性较碱木质素明显增强。     

碱溶透析和酸析处理对碱木质素物化性质和Pb2+去除性能的影响

采用XPS、静态接触角、颗粒表面电荷、扫描电镜、官能团分析等方法来研究碱木质素经过碱溶透析和碱溶酸析处理后的物化性质的差异，探讨碱木质素分子聚集程度对Pb²⁺去除性能的影响。结果表明，碱溶透析木质素的比表面积是碱溶酸析木质素的4.77倍，碱溶透析样品较酸析样品的表面氧含量高48%、水/木质素薄膜的静态接触角低13°，反映出碱溶透析处理后的木质素比碱溶酸析处理后的木质素分子聚集程度低、分子链疏松、羧基和羟基等含氧官能团裸露程度增加。碱溶透析处理后的木质素与Pb²⁺的静电作用增强，对Pb²⁺的去除能力显著提高。Pb²⁺浓度为100 mg·L^-1时，碱溶透析木质素对Pb²⁺的去除量达136 mg·g^-1，去除率为81.8%，且去除性能受体系pH的影响小。与化学改性和表面功能化相比，利用碱溶透析处理以提高木质素对Pb²⁺的去除性能具有操作简单、无毒、能耗低的优点。