原位聚合制备聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合材料的力学性能和热稳定性能研究

采用两步投料法,将氧化石墨烯(GO)与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)充分反应后、再加入聚醚多元醇和三羟甲基丙烷原位聚合制备聚氨酯(PU)/GO纳米复合材料。用广角x衍射、拉伸仪、热失重分析仪和扫描电子显微镜等研究了GO含量对PU/GO复合材料弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性能的影响。研究发现当GO含量为0.2%时,GO在PU基体内分散均匀未出现团聚现象;当GO含量增加时,出现GO团聚体,且随着GO含量增加而增加。GO团聚现象对PU/GO复合材料的力学性能和热稳定性提高具有不利的影响。未出现GO团聚体的PU/0.2%GO复合材料具有最佳力学性能和热稳定性。用连二亚硫酸钠、氢氧化钠水溶液就地还原制备还原PU/GO纳米复合材料(PU/rGO),研究GO还原对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果发现,GO在PU基体内可以实现一定程度的就地还原,还原后复合材料的力学性能有所下降,但热稳定性能有所提高。     

气相二氧化硅的异氰酸酯改性及其对浇注型聚氨酯弹性体力学性能的影响

为了改善气相二氧化硅(FS)/浇注型聚氨酯(PU)体系成型流动性,在制备预聚体的过程中,采用2, 4-甲苯二异氰酸酯(TDI)进行改性获得异氰酸酯改性的二氧化硅(NCO@FS),通过原位聚合法制备了NCO@FS/PU弹性体复合材料。采用FTIR、XPS及动态接触角对NCO@FS及FS进行了表征。结果表明：FS的表面羟基与TDI的-NCO基团发生反应生成了氨酯基(-NHCOO),改善了FS与PU间的界面相容性及界面结合。复合材料中NCO@FS质量分数为1.5wt%时,NCO@FS/PU复合材料的拉伸和撕裂强度分别为57 MPa和110.5 kN/m,比纯浇注型PU分别提高了31.6%和23.6%;玻璃化转变温度由3.4℃下降到-11.2℃,损耗因子tanδ由0.59下降到0.46。异氰酸酯改性FS适合制备FS增强浇注型聚氨酯复合材料。     

富炔高分子/纳米钯复合吸氢材料的制备及表征

以聚乙烯醇(PVA)为基体,分别通过醚化反应和氨基甲酸酯化反应在PVA高分子链上引入炔基形成富炔高分子,用红外、核磁共振法对富炔高分子的分子结构及接枝度进行表征。利用化学还原法制备出富炔高分子负载纳米钯的复合吸氢材料,采用透射电镜(TEM)对复合材料的形貌及微观结构进行表征,确定纳米钯的形貌、粒径分布以及其在富炔高分子基体中的分散情况。结果表明,溴丙炔醚化改性PVA因溶解性问题导致纳米钯分散性不好、团聚现象严重;而炔丙胺氨基甲酸酯化改性PVA负载的纳米钯粒径均一,分散性良好,为下一步吸氢性能的研究打下基础。     

环氧基团修饰多壁碳纳米管及其化学交联聚氨酯复合材料的性能

碳纳米管在高分子材料中的分散性能及其二者的界面结合力决定了其复合材料的性能。用H_2O_2-FeSO_4试剂处理多壁碳纳米管(MWCNTs)使其羟基化,再与硅烷偶联剂反应分别制备了缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性的MWCNTs(MWCNTs-KH560)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷-环氧树脂改性MWCNTs(MWCNTs-E51),并和含羧基的聚氨酯(PU)混合制备了MWCNTs/PU复合材料,研究了不同链段环氧基团对复合材料性能的影响。结果表明,接枝环氧基团后,MWCNTs能明显地提高其复合材料的力学性能、热稳定性能和导电率。和MWCNTs-E51相比,MWCNTs-KH560/PU具有较高的上述性能,但断裂伸长率较低。分析认为,接枝的环氧基团可和PU链上的羧基发生开环反应而形成了化学交联结构,显著地提高了MWCNTs和PU之间的界面结合力。但MWCNTs-E51接枝的较长有机链段起增塑作用,且提高了MWCNTs之间的隧道电阻,从而降低了复合材料的力学性能和导电性能。     

不同硬段含量的PU及其纳米复合材料

制备了不同硬段含量的聚氨酯(PU)及其PU/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料。研究结果表明,随着PU分子链中硬段含量的增加,PU分子链的刚性提高,进入硅酸盐片层间的位阻增大,使插层变得困难,从而导致进入该硅酸盐片层间的PU分子链减少。OMMT对PU有增强增韧作用,但随着PU分子链中的硬段含量增加,OMMT的增强效果下降。PU及其PU/OMMT纳米复合材料的热稳定性均随着PU分子链中的硬段含量增加而下降。     

原位聚合氧化石墨烯/聚氨酯复合材料及其性能研究

将氧化石墨烯(GO)通过超声破碎的方法分散在丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)中,采用逐步原位聚合的方法将GO参与聚氨酯(PU)的合成反应。将GO片层状态接枝到PU链段当中,制得PU/GO复合材料,并对复合材料的结构进行了表征。实验结果表明:GO与PU进行交联反应并且在基体内分散均匀,在GO添加量为7份条件下,制得的PU/GO复合材料的断裂伸长率达到49.0%,拉伸强度达到28.0MPa,储能模量达到5.08MPa(在130℃条件下),交联密度达到5.05×10~(-4) mol/cm~3,300℃时失重率达到60%,48h吸水率仅为0.3%,具有较好的力学性能、热稳定性能和耐水性能。     

炔基化改性聚乙烯醇吸氢材料的制备及吸氢性能表征

以聚乙烯醇(PVA)高分子材料为基体,通过氨基甲酸酯化反应在PVA高分子链上引入炔基形成炔基功能化的高分子,利用核磁共振法对炔基化高分子的分子结构及接枝度进行表征。通过化学还原法制备出炔基化高分子负载纳米钯的复合材料,采用激光粒度仪确定纳米钯粒径分布。同时将不同接枝度炔基功能化的PVA和Pd/C催化剂,按照一定的比例采用研磨法制备出吸氢材料。利用PVT法对上述所有的吸氢材料的吸氢性能进行了研究。结果表明,氨基甲酸酯化改性PVA接枝度高的炔基化高分子与Pd/C混合研磨后的吸氢材料的吸氢效果最好,吸氢容量为0.8893 mol/kg。     

改性纳米SiO2填充低烟无卤阻燃聚乙烯的研究

本文选择了三种经不同表面改性处理的纳米二氧化硅，采用热分析（TG）对聚乙烯／改性纳米SiO2复合材料的热稳定性能进行了研究，并将其用于无卤阻燃聚乙烯体系，针对改性纳米SiO2对无卤阻燃聚乙烯的阻燃性能和力学性能的影响进行了分析。研究结果表明，与未改性纳米二氧化硅相比，经改性处理的纳米SiO2有利于提高复合材料的热稳定性能，延缓聚乙烯的热氧化降解，经适当改性处理，可使纳米复合材料的热稳定性高于聚乙烯。改性纳米SiO2显著提高了无卤阻燃聚乙烯的阻燃性能，在填料用量相同时，可获得力学性能和阻燃性能较佳的材料。     

纳米复合海洋涂料在船舶防腐蚀应用研究

主要研究纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆对海洋环氧涂料和聚氨酯涂料性能的影响。通过盐雾试验、氙灯老化试验、人工海洋加速老化试验研究海洋腐蚀环境中纳米复合涂料的耐腐蚀性和抗老化性。通过三步法制备高稳定分散的纳米氧化物浓缩浆,并利用纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆改性海洋船舶环氧底漆和聚氨漆酯船壳漆,制备海洋纳米复合涂料。利用TEM透射电镜、FTIR红外光谱、XPS光电子能谱、光泽度仪、表面接触角测试仪和粘结强度测试仪等研究海洋船舶漆的耐腐蚀性、抗老化性及表面防污性能。纳米二氧化硅浓缩浆的红外光谱分析和粘度测试及纳米氧化锌浓缩浆的透射电镜观察表明高分子分散剂的长碳链位阻效应保证了纳米粒子的均匀稳定分散。不含有纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度是4.4 MPa,而含有1.0%纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度增加到5.6 MPa。通过氙灯老化试验测试涂层的光泽度变化,纳米复合聚氨漆酯漆的光泽度高于不含纳米氧化锌的普通聚氨漆酯漆光泽度。聚氨漆酯漆在海洋循环加速老化试验后C/O值减少20.1%,而含有1.2%纳米氧化锌浓缩浆的纳米复合聚氨漆酯漆老化后C/O值仅减少10.7%,抗氧化性提高。通过对海洋加速循环老化试验中纳米复合聚氨漆酯漆的测试分析表明1.2%纳米氧化锌浓缩浆提高了海洋船舶聚氨酯面漆的抗老化性和表面接触角。纳米浓缩浆可增强纳米复合涂料在海洋重腐蚀环境中耐腐蚀、抗老化等性能。     

苯炔基封端的联苯型聚酰亚胺复合材料

采用改性单体原位反应聚合法(MPMR) 制备了苯炔基封端的聚酰亚胺树脂, 采用模压方法研究了聚酰亚胺复合材料的成型工艺。所制备的树脂和复合材料均具有很高的热稳定性; 复合材料在371 ℃的力学性能保持率高于室温力学性能的50 %; 其玻璃化转变温度为449 ℃; 纯树脂和复合材料在371 ℃空气中100 h 的热失重小于3 %。所研制的聚酰亚胺复合材料基本满足了371 ℃高温树脂的性能。      

光敏性聚氨酯低聚物改性纳米二氧化硅及在光固化聚氨酯体系的应用

设计合成了异氰酸酯基(NCO)半封端光敏性聚氨酯低聚物,将其接枝到氨基硅氧烷改性的二氧化硅表面,制备了光固化聚氨酯/二氧化硅纳米复合膜。红外光谱和热重分析分析表明低聚物成功接枝到二氧化硅表面,透射电镜和扫描电镜分析表明低聚物改性的二氧化硅在甲苯、聚氨酯树脂中均匀分散,流变、动态力学分析和应力-应变分析表明纳米二氧化硅表面接枝的低聚物与聚氨酯分子之间存在较强相互作用,复合膜的弹性模量、储能模量和拉伸强度得到显著提高。     

无机掺杂纳米粒子/天然乳胶纳米复合材料的制备及耐热老化性能研究

目前,有关纳米碳酸钙和纳米二氧化硅共同填充并协同增强天然乳胶(NRL)的研究鲜有报道。利用十二烷基三甲氧基硅烷(DDES)分别对纳米碳酸钙和纳米二氧化硅2种颗粒状无机纳米粒子进行表面改性,采用乳胶共混法制备改性无机纳米粒子/天然乳胶纳米复合材料,并对制备所得的复合材料进行不同时间的热氧老化。通过红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)、接触角测定仪(CAMI)研究了改性前后纳米颗粒的结构和性能变化。采用橡胶加工分析仪(RPA)和扫描电镜(SEM)对天然乳胶复合材料的力学性能和微观结构进行了测试分析。结果表明:DDES的硅氧烷基团与颗粒状无机纳米粒子表面的羟基反应,在M-CaCO_3、M-SiO_2表面形成DDES接枝改性层,修饰后的纳米颗粒均匀地分散在天然乳胶中,并形成填料-乳胶交联网络结构;其中2种改性无机纳米粒子共同填充制备的CaCO_3/SiO_2/NRL样品性能较优,断面形貌均匀,储能模量(G')大;经70℃,480 h热氧老化后拉伸强度及撕裂强度保持率分别为81.45%、38.54%,表现出优异的耐热氧老化性能。     

多维度纳米增强水泥基复合材料的研究进展

纳米材料领域的飞速发展为水泥基复合材料的增强改性提供了宝贵的机会。工程纳米材料存在3种主要形状,即0维纳米颗粒、1维纳米纤维和2维纳米片层。有大量文献已经报道了0维纳米颗粒和1维纳米纤维(如纳米二氧化硅和碳纳米管)在水泥基中的应用,而2维纳米片层状的氧化石墨烯(GO)的发现为水泥基复合材料提供了又一种维度的增强方式,目前已经受到了越来越广泛的关注。综述了近期各种维度纳米改性水泥基复合材料的研究进展,并总结了纳米材料与水泥基复合材料复合后的工作性、水化反应、力学性能及微观结构。     

两亲嵌段疏水缔合聚合物基纳米SiO_2的合成及溶液特性

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)、马来酸酐(MA)和纳米二氧化硅为亲水单体,苯乙烯(St)为疏水单体,十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,采用微乳液自由基聚合法制备了一种具有疏水缔合结构的聚合物基纳米二氧化硅复合材料。通过红外光谱、透射电镜、扫描电镜、粒径分布测试和凝胶渗透色谱法表征了聚合物纳米材料的分子结构和相对分子质量,探讨了聚合物基纳米二氧化硅在水溶液中疏水缔合特性,增粘性,抗温、耐温性及耐盐性能的影响规律。结果表明,当聚合物分子中含有1%的苯乙烯单体时,聚合物有较好的疏水缔合作用,纳米二氧化硅的引入可使聚合物分子在水溶液中产生特殊的微交联结构,且增粘性及热稳定性得到改善明显,复合材料热分解温度约为290℃,在室温至500℃范围内该材料的热失重总量仅为60%。     

偶联剂对聚丙烯酸酯/SiO_2杂合乳液的作用机理

采用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性,添加到聚丙烯酸酯乳液(PAE)中制备聚丙烯酸酯/SiO2杂合乳液(Si-PAE),研究了硅烷偶联剂的种类和添加量对涂膜性能的影响。结果发现,3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷(Z-6040)含有环氧基和甲氧基硅基团,在成膜过程中能分别与PAE链段上羧基(-COO-)和硅溶胶的硅醇(Si-OH)反应,形成Si-O-Si交联网络,提高了Si-PAE涂膜的交联密度;Z-6040的合适添加量为硅溶胶质量的4.0%;纳米粒径分析表明,Z-6040改性后的Si-PAE平均粒径减小,硅溶胶在Si-PAE乳液中分散更均匀;原子力显微镜(AFM)分析发现Si-PAE涂层结构平整致密;热重分析(TGA)曲线表明Si-PAE涂膜热稳定性较PAE高。     

聚乳酸／纳米二氧化硅复合材料分子量的影响因素

以丙交酯和改性后的纳米二氧化硅为原料,在催化剂作用下,用原位聚合法制备了聚乳酸纳米二氧化硅复合材料。讨论了催化剂的种类和用量、反应时间、反应温度、纳米二氧化硅的用量等因素对复合材料分子量的影响。结果表明,最优的反应条件为:采用辛酸亚锡为催化剂,催化剂用量和二氧化硅用量分别为丙交酯用量的0.25%(质量分数,下同)和5%,在140℃油浴中,氮气保护下反应72 h,可得到重均分子量为1.5091×105的聚乳酸纳米二氧化硅复合材料。     

聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能

通过溶胶-凝胶法制备了厚度为30nm-50nm的二氧化硅(SiO2)包覆多壁碳纳米管(SiO2-MWNTs),并与聚氨酯(PU)复合制备了PU/SiO2-MWNT复合材料。研究了SiO2-MWNTs对PU导热电绝缘性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了MWNTs与PU之间的界面相互作用,促进了MWNTs在PU中的分散。由于SiO2包覆层的电绝缘作用,PU/SiO2-MWNT复合材料保持了PU的电绝缘性能。同时SiO2包覆层作为过渡层,降低了PU与MWNTs间的模量失配,减少了声子的界面散射,提高了PU/SiO2-MWNT复合材料的导热性能。当SiO2-MWNTs的质量分数为0.5%和1.0%时,PU/SiO2-MWNT复合材料的热导率分别提高了53.7%和63.8%。     

含磺酸甜菜碱的温敏聚合物胶束的制备及胶束温敏性EI北大核心CSCD

首先通过炔丁醇与2-溴异丁酰溴的酯化反应得到了一种带有炔基的ATRP引发剂,然后用其引发异丙基丙烯酰胺得到PNIPAm-alkyne,再通过点击反应将带有炔基的PNIPAm-alkyne接枝到侧链含有叠氮基团的聚己内酯-聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯/N,N-二乙氨基甲基丙烯酸硫代甜菜碱酯)(P(CL-ACL)-b-PDEAS)上得到P(CL-g-PNIPAm)-PDEAS。通过核磁、红外、凝胶渗透色谱对聚合物的组成进行了分析,PNIPAm-alkyne的相对分子质量为5500和8300,相对分子质量分布为1.18和1.24,表明这种方法制备的聚合物相对分子质量及分布能够得到较好的控制。PNIPAm-alkyne点击到P(CL-ACL)30-PDEA7S3上制备的聚合物胶束的透射率随着温度的升高而降低,粒径亦由40 nm变到63 nm,并从透射电镜的结果分析了胶束表面高分子链发生构象转变,从而证实成功地制备了一种具有温敏特性的含有聚磺酸甜菜碱的聚合物胶束。     

含磺酸甜菜碱的温敏聚合物胶束的制备及胶束温敏性

首先通过炔丁醇与2-溴异丁酰溴的酯化反应得到了一种带有炔基的ATRP引发剂,然后用其引发异丙基丙烯酰胺得到PNIPAm-alkyne,再通过点击反应将带有炔基的PNIPAm-alkyne接枝到侧链含有叠氮基团的聚己内酯-聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯/N,N-二乙氨基甲基丙烯酸硫代甜菜碱酯)(P(CL-ACL)-b-PDEAS)上得到P(CL-g-PNIPAm)-PDEAS。通过核磁、红外、凝胶渗透色谱对聚合物的组成进行了分析,PNIPAm-alkyne的相对分子质量为5500和8300,相对分子质量分布为1.18和1.24,表明这种方法制备的聚合物相对分子质量及分布能够得到较好的控制。PNIPAm-alkyne点击到P(CL-ACL)30-PDEA7S3上制备的聚合物胶束的透射率随着温度的升高而降低,粒径亦由40 nm变到63 nm,并从透射电镜的结果分析了胶束表面高分子链发生构象转变,从而证实成功地制备了一种具有温敏特性的含有聚磺酸甜菜碱的聚合物胶束。     

纳米表面改性纤维增强树脂基复合材料吸波性能及机理研究

用MEVVA源离子注入法对增强纤维进行表面处理,形成纳米表面改性层,用表面纳米改性的纤维制作树脂基复合材料,并对纳米表面改性纤维增强树脂基复合材料的电磁学性能和吸波特性进行研究,研究表明:对增强纤维进行纳米表面改性,可以有效改善纤维增强树脂基复合材料的吸波性能,用纳米表面改性法制备的纤维增强树脂基复合材料在8～18GHz内,反射率为-(2.6～6.1)dB,吸波曲线具有宽频带吸波特征,材料的质量增量趋近于0.