硅烷偶联剂MPS对SiO2-聚丙烯酸酯复合微球接枝交联结构及剪切取向能力的影响

为了探究γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对SiO₂-聚丙烯酸酯(PAcr)复合微球结构与性能的影响,在丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的自由基悬浮共聚合体系中加入MPS、MPS偶联改性的SiO₂(MPS-SiO₂)纳米粒子或MPS偶联改性SiO₂纳米粒子的原始分散液,分别考察了非偶联MPS的量、偶联MPS的量、偶联与非偶联MPS的相对含量对SiO₂-PAcr复合微球交联程度和交联结构的作用规律,并进一步对比了具有不同交联结构复合微球的剪切取向能力。通过TEM观察发现,非偶联MPS会水解自缩聚产生直径约6 nm的颗粒（即MPS水解颗粒）,表面带有可聚合双键,能起到交联作用。MPS偶联改性SiO₂纳米粒子原始分散液除含有MPS-SiO₂纳米粒子外,还含有MPS水解颗粒,因而能构筑双重交联结构。具有这种双重交联结构的复合微球在HAAKE转矩流变仪中经熔融剪切可形成平均长径比高达12.0的取向体,而单独以MPS水解颗粒或MPS-SiO₂纳米粒子为交联点的微球经相同的熔融剪切过程只能形成平均长径比分别为9.1和8.8的取向体。这表明,偶联和非偶联MPS所构造的两种不同尺度的交联结构对SiO₂-PAcr复合微球剪切取向能力的提高有着显著的协同作用。      

原位接枝改性纳米二氧化硅/聚丙烯复合材料Ⅰ:结构表征

以熔融原位接枝的方式, 制得聚丙烯酸丁酯( PBA) 接枝改性纳米SiO₂ / 聚丙烯复合材料, 并利用转矩流变、红外光谱、热重分析、X射线光电子能谱、透射电镜和动态力学分析等技术研究了原位接枝的机理以及相应复合材料的结构。结果表明: 熔融共混过程中PBA 通过化学键的形式接枝到纳米SiO₂ 的表面, 促使其在聚丙烯基体中得到较好的分散, 而且粒子表面的接枝聚合物分子链和基体大分子链相互缠结, 这样的结构加强了纳米粒子和基体间界面相互作用, 将有利于提高复合材料的机械性能。      

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

纳米SiO2接枝硬脂酸甘油酯型流滴剂/辐照聚乙烯复合材料的制备及其性能

通过表面接枝技术将硬脂酸甘油酯型流滴剂（B）接枝到纳米SiO₂（nano SiO₂）表面,制得了nano SiO₂接枝B的接枝物（nano SiO₂-g-B）;将nano SiO₂-g-B与预辐照聚乙烯（ir-LLDPE）熔融挤出接枝,制备了nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料。利用FTIR、SEM、DSC和加速流滴等对材料的结构和性能进行了表征。结果表明：nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料的熔融温度和结晶温度降低,其力学性能较ir-LLDPE没有较大的变化;与普通共混的方法相比,nano SiO₂接枝流滴剂方法制备的nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料薄膜的流滴期最高可延长6天,达到25天,是相同条件下普通商用流滴剂薄膜的1.47倍。     

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。      

SiO2 PMMA-GMA亚微米复合粒子的制备及其对环氧树脂的改性

用溶胶-凝胶法制备了表面含可聚合官能团的亚微米SiO₂粒子,利用在其表面的乳液聚合成功制备了具有核-壳结构的SiO₂-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)复合粒子,通过TEM、FTIR和TGA对其结构进行了表征;然后制备了SiO₂-PMMA-GMA/环氧树脂复合材料,利用SEM观察其断裂形貌,并分析了复合粒子增韧环氧树脂的机制。结果表明: SiO₂为复合粒子的内核,粒径约为180 nm,其表面被PMMA-GMA聚合物包覆,厚度约为20 nm;PMMA-GMA聚合物与SiO₂的质量比为87.4%,PMMA-GMA聚合物对SiO₂的接枝率及PMMA-GMA聚合物的有效接枝率分别为77.0%和88.1%;当SiO₂-PMMA-GMA复合粒子在环氧树脂中的含量为4wt%时,其固化后的冲击强度可由19.2 kJ/m²增加到42.0 kJ/m²。     

纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料的陷阱特性与电击穿机制

以低密度聚乙烯（LDPE）为聚合物基体,通过熔融共混的方式填充不同粒径的纳米SiO₂无机颗粒,制备纳米SiO₂/LDPE复合材料,研究提高聚乙烯电绝缘性能的纳米改性方法和机制。利用SEM表征纳米SiO₂在LDPE基体中的微观形态和分散程度,采用DSC和偏光显微镜（PLM）分析纳米SiO₂对LDPE基体结晶度和结晶形态的影响,通过热刺激电流法（TSC）分析纳米SiO₂/LDPE复合材料的陷阱密度和陷阱能级,并结合电击穿的Weibull分布研究纳米复合材料的击穿机制。研究结果表明:纳米SiO₂填充可以改变复合材料结晶度,进而增加LDPE基体本征结构缺陷和陷阱密度,同时填充纳米SiO₂颗粒可引入比LDPE基体本征陷阱更深的陷阱能级,纳米SiO₂填充颗粒引入的陷阱能级深度随着复合材料结晶度的增加而先增大后减小,填充浓度3wt%时可最有效地通过俘获载流子而抑制电击穿过程,纳米SiO₂/LDPE复合材料的击穿场强达到最高值。与60 nm SiO₂颗粒相比,30 nm SiO₂填充颗粒具有更高的比表面积,界面电极化导致更高的介电常数,更高密度的纳米界面深陷阱态对于提高电击穿场强更有效。当填充浓度为5wt%时,纳米颗粒的团聚作用导致纳米复合材料的击穿强度降低。基于电双层理论提出了电子捕捉模型和界面结构模型,合理阐释了纳米SiO₂/LDPE复合材料的微观陷阱特性及宏观电击穿机制。      

二氧化硅/玻璃鳞片协同增强的环氧树脂耐磨性研究

以环氧树脂(EP)为基体，通过添加玻璃鳞片(GF)和改性纳米SiO₂制备了SiO₂/GF/EP复合涂料，考察了纳米SiO₂添加量对复合涂料性能的影响，通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对涂层的结构和断面形貌进行了表征。结果表明：利用硅烷偶联剂对纳米SiO₂进行改性处理，在其表面引入了可与环氧基团反应的氨基基团；当纳米SiO₂添加量为5%(质量分数)、GF添加量为30%(质量分数)时，复合涂层的硬度比纯EP提高了57.7%,磨损失重和摩擦系数比纯EP减小了57.0%、49.3%;改性纳米SiO₂和GF与EP基体界面相容性良好，与纯EP相比，SiO₂/GF/EP复合涂层的韧性和致密性明显提高。     

微纳米SiO2/PP复合材料增强增韧的实验研究

为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯 (PP) 的力学性能的影响, 采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO₂/PP 复合材料, 并通过其缺口冲击、 拉伸、 弯曲试验和冲击断面的形貌观察, 分析研究了微纳米SiO₂颗粒大小、 填充量、 表面改性以及不同颗粒大小SiO₂混合物对PP复合材料增韧、 增强效果的影响。实验结果表明: 纳米SiO₂的加入可以同时改善其韧性、 刚性和强度; 填充量相同, 颗粒越细, SiO₂/PP复合材料的力学性能越好。SiO₂经改性后填充到PP基体中, 明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能, 使复合材料的综合力学性能得到提高。不同颗粒大小的SiO₂混合后填充到PP基体中, 混合SiO₂的协同效应使复合材料拉伸、 弯曲性能进一步提高, 对PP基体具有更好的增强效果, 但其冲击性能下降。      

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%。     

表面功能化纳米SiO2的制备及其在溶液聚合丁苯橡胶-顺丁橡胶中的应用

采用液相原位修饰技术,制备了表面接枝有机硅烷的纳米SiO₂(HB-2200)、表面接枝氨基的纳米SiO₂(HB-2205N)、表面接枝不饱和双键的纳米SiO₂(HB-2205D)、表面接枝氨基和双键的纳米SiO₂(HB-2205ND)。利用TEM、SEM、流变仪对纳米SiO₂/溶液聚合丁苯橡胶-顺丁橡胶(SSBR-BR)复合材料的结构和性能进行表征。结果表明:与未改性的纳米SiO₂相比,表面功能化纳米SiO₂与橡胶基体相容性改善,Payne效应降低,纳米SiO₂之间的相互作用减弱,其在SSBR-BR复合材料中的分散性提高。HB-2200/SSBR-BR复合材料的混炼扭矩降低了35.7%,混炼能耗降低了15%,结合胶含量增加,填料/橡胶之间的界面结合作用增强,拉伸强度提高了60%。动态热力学和磨耗性能分析表明:纳米SiO₂表面引入可反应性双键(HB-2205D),使HB-2205D/SSBR-BR复合材料的抗湿滑性能提高了40%,滚动阻力降低了43%。纳米SiO₂表面接枝可反应性双键,可在不牺牲HB-2205D/SSBR-BR复合材料耐磨性能的基础上,降低其滚动阻力,提高其抗湿滑性能,为高性能轮胎的制备提供基础原材料。      

白炭黑补强环氧化溶聚丁苯橡胶

为探究环氧化对白炭黑(SiO₂粒子)在溶聚丁苯橡胶(SSBR)基体中分散性的作用,首先,以SSBR和环氧化溶聚丁苯橡胶(ESSBR)为基体,白炭黑为补强填料,分别制备了SiO₂/SSBR、SiO₂/ESSBR混炼胶和硫化胶;然后,采用FTIR、SEM和其他测试方法研究了材料的结构、形貌、硫化特性、耐磨性能、准静态力学性能和动态力学性能。结果表明:随环氧度从0增大到14.73%,生胶的门尼黏度增大。ESSBR分子链中的环氧基团与SiO₂粒子表面的硅羟基反应形成稳定的化学键,抑制SiO₂粒子团聚,促进其均匀分散;当环氧度为6.87%时, SiO₂粒子在ESSBR中的分散性最好。随环氧度增大, SiO₂/ESSBR硫化胶的拉伸强度先增大后减小、耐磨性能先增强后减弱、断裂伸长率降低、100%和300%定伸强度增大、玻璃化转变温度升高、0℃时的损耗因子显著增大、抗湿滑性增强、60℃时的损耗因子略有增加且滚动阻力增大。因此, SSBR硫化胶经环氧化改性后综合性能提高,当其环氧度在6.87%~8.51%范围内时, SiO₂/ESSBR硫化胶的综合性能最优。      

基于Polymer-S-C/SiO2多层结构大孔电极锂硫离子电池的制备与性能

以新型SiO₂大孔材料为模板,采用原位聚合及真空热解的方法制备出大孔C/SiO₂复合电极,并先后在孔道表面负载单质硫及聚合物膜后得到具有Polymer-S-C/SiO₂多层结构的复合大孔电极。用SEM对电极结构进行表征,并测定了比表面积和负载物的平均厚度;用EIS和充放电测试对电极的电化学性能进行了研究。结果表明：聚合物膜厚度的增加可使电极的交流阻抗迅速增大,同时能明显改善锂硫离子电池的逆循环性,说明聚合物膜的存在能够有效抑制多硫化物中间产物的流失。改变单体的用量可以调控聚合物膜的厚度,当聚合物膜平均厚度为8.0 nm时,锂离子电池的循环性能达到最佳,其首次放电比容量达792 mA·h/g,经过50个循环后,可逆容量仍达到635 mA·h/g。     

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。     

Sm掺杂核-壳结构介孔SiO2@CeO2复合颗粒的制备和抛光性能

在低模量介孔SiO2(Mesoporous silica, mSiO2)微球表面负载Sm掺杂CeO2纳米粒子,制备了具有均匀完整核-壳结构的非刚性mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒。借助XRD、 SEM、 HRTEM、 STEM-EDX Mapping、 Raman光谱和N2吸-脱附等技术对产物进行结构表征,利用AFM和三维光学轮廓仪评价Sm元素掺杂处理对mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒抛光效果的影响。讨论了Sm掺杂复合磨粒的高效无损超精密抛光机制。结果表明:掺杂处理可使mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒的抛光效率提高近36%,达到84 nm/min,同时获得具有原子量级精度的加工表面,抛光后SiO2薄膜的粗糙度平均值和均方根分别为0.14和0.17 nm。