硅烷偶联剂改性纳米SiO_2的分散性能

用硅烷偶联剂KH-570对纳米SiO2进行表面改性,用红外光谱仪(IR)、热重(TA)、Zeta电位、SEM、性能测试等对改性纳米SiO2进行了研究,结果表明,偶联剂KH-570与SiO2化学结合形成了Si—O—Si键,其附着量约5.8%,结合溶剂水约10.35%;改性纳米SiO2在乙醇介质中的Zeta电位由-14.9 mV减小到-41.1mV,体系稳定性可达60 h以上;改性SiO2用作光固化牙科复合树脂的填料,分散性显著提高,其维氏硬度、压缩强度、弹性弯曲强度等性能提高10%以上。     

改性SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合膜的制备及电化学性能

利用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米SiO2(简称KH570@SiO2),与聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)溶液混合,涂覆于聚丙烯(PP)无纺布上,制成KH570@SiO2/PVDF-HFP复合PP无纺布的锂离子电池隔膜。研究复合隔膜的物理性质,并分别与不含纳米SiO2的体系以及含未改性纳米SiO2的体系进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、交流阻抗和充放电循环等测试,对复合隔膜的形态、力学性能和电化学性能等进行研究。结果表明,改性的纳米SiO2能够在复合隔膜中更好地分散,微孔更加均匀,而且复合隔膜的热性能和吸液率也有明显的提高。KH570@SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合隔膜的离子电导率最高,可达1.5×10-3S/cm,组装的电池在0.2 C的充放电倍率下经过100次循环,放电比容量稳定,保持在146.6 mAh/g左右。     

水分散性纳米SiO_2/含氟聚合物复合乳液的制备及表征

以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,在十二烷基硫酸钠(SDS)/OP-10复合乳化剂作用下,以氨水为催化剂制备水分散性功能化纳米SiO2粒子。采用乳液聚合法,在乙烯基功能化纳米SiO2表面接枝短氟链含氟丙烯酸酯聚合物,合成纳米SiO2/含氟聚合物复合乳液,并通过红外光谱(IR)、粒径分析、热失重(TGA)等方法表征所得产物的结构及性能。结果表明,纳米SiO2/含氟聚合物复合乳液具有较好的分散稳定性及耐热稳定性。     

硅烷偶联剂KH-570表面改性纳米SiO2

采用硅烷偶联剂KH-570在酸性条件下对纳米SiO2表面进行改性,并对改性前后的纳米SiO2采用粒径分析仪、傅里叶红外变换光谱仪、紫外-可见光光谱仪、扫描电镜等仪器进行了分析和表征。结果表明,硅烷偶联剂KH-570能成功地对纳米SiO2表面进行改性,使其表面化学键合了硅烷偶联剂的有机官能团,降低了颗粒团聚程度,提高了纳米SiO2在有机介质中的分散程度     

PBS/SiO2纳米复合材料的制备及其结构与性能分析

以聚丁二醇丁二酸酯（PBS）为基材,经-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂（KH570）改性过的纳米SiO2和未改性的SiO2为填料,采用熔融共混法制备了PBS/SiO2纳米复合材料。研究了所得纳米复合材料的热稳定性能、力学性能和降解性能等。结果表明：当经KH570表面改性的纳米SiO2（KH570与纳米SiO2的质量之比为1：5）的添加质量分数为4%时,复合材料的维卡软化点约提高了10℃,拉伸强度约提高30%,同时复合材料的降解性能比PBS纯料的降解性能有一定的提高。     

改性纳米SiO2对PVdF-HFP膜形态和性能影响的研究

利用不同硅烷偶联剂改性纳米SiO2,并将改性物分别加入聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVdF-HFP)溶液中,制备成锂离子电池隔膜。FT-IR和TGA测试表明,偶联剂已成功接枝到纳米SiO2表面;SEM、拉伸、热收缩和交流阻抗测试结果显示,电池隔膜中纳米SiO2的分散性、膜的机械强度、热收缩及电导率都有明显的改善;电化学测试结果表明,含改性纳米SiO2的PVdF-HFP电池隔膜的放电比容量和循环稳定性均比含未改性纳米SiO2的电池隔膜有所提高,尤其是含γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性SiO2的PVdF-HFP电池隔膜,各项性能均有较大的提高,其拉伸强度可达8.63MPa,离子电导率高达1.53×10-3 S/cm,放电比容量在充放电循环100次以内一直保持在142mAh/g以上。     

PP-g-MAH对PP/SiO2纳米复合材料力学性能的影响

为了进一步提高聚丙烯的力学性能,以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为聚丙烯/二氧化硅(PP/SiO2)纳米复合材料的界面相容剂,研究了PP-g-MAH添加量对PP/SiO2的力学性能、微观形态以及结晶行为的影响,并研究了其增容机理.研究表明:PP-g-MAH的加入使纳米PP/SiO2纳米复合材料的力学性能得以全面提高,使纳米二氧化硅与聚丙烯的界面粘结得到改善,并且,由于PP-g-MAH导致复合材料的界面强度提高和界面层厚度增加,使KH-570与PP-g-MAH并用的PP/PP-g-MAH/纳米SiO2复合材料比单用KH-570的PP/SiO2纳米复合材料的改性效果更加明显;PP-g-MAH对PP的结晶过程具有较明显的成核作用,使改性PP的结晶温度提高.     

氟硅改性丙烯酸酯无皂乳液的制备及性能

以纳米SiO2(Nano-SiO2)、γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷(KH570)、全氟烷基乙基丙烯酸酯(FM))等为主要原料,通过KH570改性纳米SiO2后,与FM等乙烯基单体共聚,制得了既含氟又含硅的丙烯酸酯有机/无机杂化无皂乳液。通过FT-IR、AFM及接触角测量等手段研究了共聚物的结构及性能。结果表明,氟硅单体均参与了共聚反应;乳胶膜耐热稳定性及残炭率均得以提高;加入SiO2后,涂膜凸起峰的高度和致密程度提高;当w(FM)=30%,w(SiO2)=0.5%时,涂膜对水及液体石蜡的接触角分别为125°及110°;激光粒度分布仪(DLS)分析表明,乳液平均粒径为98.37 nm。     

二氧化硅纳米微球的制备及其表面改性

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体,氨水为催化剂,经Stber法制备了单分散SiO2纳米微球,并采用硅烷偶联剂KH-570对其表面进行了改性;通过激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜对SiO2纳米微球进行了检测分析。结果表明,随着TEOS和氨水用量的增加,SiO2纳米微球的粒径逐渐增大,而粒径分布到后期也有所增加;经KH-570改性后,SiO2纳米微球不仅具有良好的单分散性,而且表面成功接枝上丙烯酸酯基团,因而具有较好的亲油性,能更好地分散在甲苯和苯乙烯中。     

不同结晶性能聚合物/纳米SiO2复合材料的制备与阻隔性能

选取3种偶联剂(KH550、KH560和KH570),将纳米SiO2进行改性,并采用熔融共混法分别与4种结晶性能不同的聚合物(HDPE、PP、PVC和PC)共混制备了一系列纳米复合材料(0～5%(质量分数)SiO2),并吹塑成薄膜。采用红外光谱(IR)、差示扫描量热仪(DSC)及扫描电镜(SEM)对纳米SiO2和复合材料的结构进行了表征,并对复合材料的力学性能、阻隔性能等进行了表征。结果表明,纳米SiO2与偶联剂均形成化学键合,改性后的纳米SiO2在各聚合物中分散较好,且在聚合物中起到异相成核的作用。在相同纳米SiO2含量下,SiO2对结晶性能不同的聚合物的结晶改善情况有差异,且纳米SiO2的异相成核作用在结晶性聚合物中更为明显,能使复合材料的结晶更为完善,结晶性能的改变与复合材料的阻隔性能能够形成一定关系。     

改性纳米SiO2/硅橡胶复合材料的制备及性能

为提高纳米SiO₂在硅橡胶（SR）基体中的分散性及两相间的界面结合力,设计以羟基硅油（HSO）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）为纳米SiO₂的表面封端改性剂,并将改性SiO₂与双组份加成型液体SR复合得到改性纳米SiO₂/SR复合材料。通过一系列表征手段对改性纳米SiO₂的形貌结构及其在乙醇中的分散性等进行分析,研究了改性纳米SiO₂对纳米SiO₂/SR复合材料的断面形貌、力学性能及热稳定性的影响。结果表明:KH570成功接枝到纳米SiO₂表面并与SR基体间形成化学键。当HSO协同KH570改性纳米SiO₂时,可有效改善纳米SiO₂在SR基体中的分散性能及纳米SiO₂与SR两相间的界面结合性能,并显著提高纳米SiO₂/SR复合材料的力学性能和热稳定性。将SiO₂∶HSO∶KH570以质量比为2.0∶0.2∶0.6处理的改性纳米SiO₂粒子,得到的改性纳米SiO₂/SR复合材料起始热分解温度提高了230℃。当SiO₂∶HSO∶KH570质量比为2.0∶0.2∶0.45时,改性纳米SiO₂/SR复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了约1倍。      

表面改性纳米SiO2增强木质纤维/聚氯乙烯复合材料性能

SiO₂粒子经偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）表面改性后,与木质纤维、聚氯乙烯（PVC）及其它助剂通过熔融混炼制备改性SiO₂-木质纤维/PVC复合材料,用FTIR、SEM和同步热分析仪（STA）对SiO₂粒子和SiO₂-木质纤维/PVC复合材料的结构与性能进行测试与表征。FTIR分析表明,SiO₂粒子表面接枝了KH550的特征官能团,KH550成功地接枝到SiO₂粒子表面;SEM分析表明,改性纳米SiO₂粒子能在木质纤维/PVC复合材料中均匀分散,其粒径在100 nm左右;添加改性的SiO₂粒子后,木质纤维和PVC结合更加紧密,孔洞间隙减少。纳米SiO₂质量分别占木质纤维质量的10%、8%和10%时,SiO₂-木质纤维/PVC复合材料的弹性模量、拉伸强度、冲击强度分别达到最优值4.66 GPa、31.12 MPa和4.11 kJ/m²,与未添加SiO₂的复合材料相比分别提高了50.29%、28.91%和16.65%。     

聚苯乙烯改性纳米SiO_2/低密度聚乙烯接枝聚苯乙烯复合材料的制备及表征

为制备接枝聚乙烯与SiO2的复合材料,赋予其新的特殊性能,首先,通过预辐照和悬浮接枝技术制备了低密度聚乙烯接枝聚苯乙烯(LDPE-g-PS),通过表面接枝制备了PS改性纳米SiO2(PS@nano-SiO2);然后,将LDPE-g-PS与PS@nano-SiO2熔融共混,制备了PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料;最后,利用FTIR、SEM、DSC和电子拉力机等对材料的结构及性能进行了研究。结果表明:PS已经分别接枝到LDPE和纳米SiO2上;在PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料中,SiO2在LDPE-g-PS内达到纳米级分散,并形成独特的纤维状网络结构;2wt%PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料的冲击强度比LDPE-g-PS提高了99.3%;与LDPE-g-PS相比,PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料的结晶温度升高,击穿场强比LDPE的高1.4倍。所得结论表明PS@nanoSiO2/LDPE-g-PS复合材料的性能较好。     

纳米SiO2改性竹纤维/乙烯基树脂复合材料界面相容性

以乙烯基树脂(VE)为基体,竹纤维(BF)为增强材料,通过偶联剂KH602对纳米SiO₂进行改性处理,并利用改性后纳米SiO₂分别对竹纤维和树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征,结果表明:改性纳米SiO₂成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中,改性纳米SiO₂在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO₂改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO₂改性树脂)复合材料中分散更为均匀;采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析,考察改性纳米SiO₂的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明:BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m,与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外,还初步探讨了改性纳米SiO₂的界面增强机制。      

硅烷偶联剂修饰下SiO2-甲基乙烯基硅橡胶分子界面的粘结性

纳米SiO₂掺杂已经成为提升甲基乙烯基硅橡胶(MVSR)性能的有效方法,但是纳米SiO₂容易发生团聚现象,将其直接掺到MVSR基体中时,纳米SiO₂难以在MVSR基体中分散,从而造成SiO₂-MVSR分子界面粘结效果不佳、分子界面存在缺陷等不利影响,进而无法实现提升MVSR性能的目的。为了提升SiO₂-MVSR分子界面的粘结性,使纳米SiO₂在MVSR基体中更易分散,本文构建了未修饰和KH550、KH560、KH570、KH792四种硅烷偶联剂修饰下的SiO₂-MVSR分子界面模型,并对模型进行结构优化和分子动力学计算。通过比较不同模型中分子界面的结合能、粘结深度和粘结热稳定性的变化规律,从分子结构角度分析硅烷偶联剂修饰下SiO₂-MVSR分子界面粘结性提升的原因。研究表明:提升SiO₂-MVSR分子界面粘结性的关键在于优选硅烷偶联剂的非水解基团,当非水解基团中与MVSR分子链相同的化学键占比越大,包含电负性较强原子的数量越多时,修饰后SiO₂-MVSR分子界面粘结性的提升效果就越好,同时,硅烷偶联剂较长的链长与较大的相对分子质量也会对粘结性的提升起到一定帮助。      

SiO_2-MWNTs/聚乳酸复合材料的冷结晶动力学及球晶形态

为研究多壁碳纳米管(MWNTs)对聚乳酸(PLA)冷结晶动力学和球晶形态的影响,分别以PLA和表面包覆纳米SiO2并接枝硅烷偶联剂的纳米SiO2改性MWNTs(SiO2-MWNTs)为基体和改性剂,经溶液共混法制备了SiO2-MWNTs/PLA复合材料。采用DSC、偏光显微镜、Jeziorny模型和Johnson-Mehl-Avrami模型研究了复合材料的非等温冷结晶动力学和球晶形态。结果表明:SiO2-MWNTs可作为异相成核剂,能有效降低SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶温度,提高晶核生成速率和晶体生长活化能。SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶过程主要由成核作用控制,加入SiO2-MWNTs可同时提高复合材料的结晶速率和结晶度。冷结晶时,PLA球晶尺寸小于熔体冷却结晶时的,且SiO2-MWNTs含量对冷结晶球晶尺寸的影响远小于其对熔体冷却结晶球晶尺寸的。所得结论对优化PLA的结晶结构和性能、制备高性能PLA复合材料具有指导意义。     

复配偶联剂对SiO_2/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

制备了不同组分配比的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)-苯基三甲氧基硅烷(Z6124)复配偶联剂(KH550-Z6124)改性SiO2/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,系统地研究了KH550-Z6124组分配比对复合材料介电性能、吸水率和导热性能的影响。采用Lichtenecker模型计算了SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗理论值,并与实验值进行对比。结果表明:当KH550、Z6124的含量(以SiO2的质量为基准)分别为0.3wt%和1.7wt%时,KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电损耗由Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的1.7×10-3降低至1.0×10-3,吸水率由0.082 6wt%降低至0.020 3wt%,导热率提高66%;SEM形貌分析发现KH550-Z6124改性SiO2颗粒在PTFE基体中均匀分散,界面连接更紧密;KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗实验值更接近其理论值。     

光棒废料改性环氧树脂复合材料的制备和性能

将光棒废料烘干、破碎、煅烧和研磨,分别由KH-570和A-151表面改性制备KH-570/SiO₂和A-151/SiO₂废料粉末,再把改性前后的粉末分别与EP共混固化制备出复合材料。疏水性测试、FT-IR和SEM观测的结果表明,两种偶联剂对废料颗粒的改性效果较好,其中A-151的改性效果更好。几种复合材料拉伸性能的排序为A-151/SiO₂/EP＞KH-570/SiO₂/EP＞未改性粉末/EP,且粉末填充质量分数为20%的材料拉伸性能最优,其拉伸强度分别为49.37 MPa、45.57 MPa、44.36 MPa,比纯EP固化物分别提高了19.9%、10.7%和7.8%,断裂伸长率的提高量最大,比纯EP固化物分别提高了0.92%、0.82%和0.46%。改性效果好的废料粉末填充制备的复合材料,其耐热性能更优。     

纳米SiO2/有机硅改性水性聚氨酯复合材料的制备及性能

为了改善水性聚氨酯（WPU）耐水性差和表面性能差等缺陷,将有机硅和纳米SiO₂同时引入到WPU中,首先通过自乳化法制备了WPU和有机硅改性水性聚氨酯（SWPU）。然后采用超声共混法将纳米SiO₂粒子加入到SWPU中,制备了纳米SiO₂/SWPU复合材料。最后,采用FTIR和SEM对WPU、SWPU和纳米SiO₂/SWPU的结构进行了表征,通过接触角、吸水率及抗拉力学性能测试分析了WPU、SWPU和纳米SiO₂/SWPU的疏水性能及抗拉力学性能。结果表明：纳米SiO₂已被成功引入到SWPU中;纳米SiO₂含量较小（≤3wt%）时能够较均匀地分散在纳米SiO₂/SWPU胶膜中;当纳米SiO₂含量从0增大至5wt%时,纳米SiO₂/SWPU胶膜的吸水率降低了69%,拉伸强度从16.72 MPa增大至24.22 MPa,断裂伸长率从545%增至731%,表明纳米SiO₂的引入显著提高了SWPU胶膜的耐水性能和力学性能。     

紫外辐照对EVOH/纳米SiO2复合材料性能的影响

用硅烷偶联剂y-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）对纳米SiO2进行改性,采用熔融共混法制备了合SiO2的质量分数为5％的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）／纳米SiO2复合材料,并吹塑成薄膜,将复合膜进行不同时间、不同强度的紫外辐照处理。利用FTIR、TEM、SEM对纳米SiO2和复合材料进行了表征分析,测试了复合材料紫外辐照处理前后的阻隔性能和力学性能。结果表明：纳米SiO2与偶联剂KH550形成化学键合,经紫外辐照处理的EVOH／纳米SiO2复合膜的力学性能、阻隔性能得到了较大地提高。