纳米MgO/LDPE及SiO2/LDPE复合介质潮气吸附机制及其对直流电导特性的影响

为了研究纳米复合介质的吸潮特性及其对介电性能的影响,应用Materials Studio仿真分析MgO及SiO₂纳米粉末对水分子的吸附能,探讨了相关的吸潮机制及纳米MgO和纳米SiO₂粉末的吸潮特性,对吸潮前后MgO/低密度聚乙烯（LDPE）和SiO₂/LDPE复合介质介电性能的变化进行了试验研究。研究结果表明,水分子在氧化物表面的吸附点位主要是O原子,由于纳米SiO₂属无定形,水分子可渗入SiO₂纳米粒子内部与更多的O原子形成吸附作用,纳米SiO₂具有更大的吸潮量。由于纳米MgO对水分子的吸附能大于纳米SiO₂对水分子的吸附能,水分子更难被移除。纳米MgO/LDPE和纳米SiO₂/LDPE复合介质较LDPE更易吸潮,其原因是纳米粒子吸附水分子能力较强所致。吸潮对MgO/LDPE和纳米SiO₂/LDPE复合介质的介电性能有较大影响,吸潮后复合介质的电流密度值明显上升,水分子的存在可能破坏了原有界面区的紧密结构和荷电特性,削弱了复合介质对载流子迁移的抑制能力。当测试温度增加至60℃以上,受潮后复合介质吸附的水分子基本被移除,纳米MgO/LDPE和SiO₂/LDPE复合介质的电流密度值恢复到同干燥试样的电流密度值基本一致。     

不同类型气相二氧化硅对光伏密封胶性能的影响

以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(107胶)为基料，添加轻质碳酸钙(CaCO₃)、亲水型和疏水型气相SiO₂制备了脱酮肟型光伏密封胶，研究了轻质CaCO₃和气相SiO₂对光伏密封胶稠度、力学性能及抗老化性能的影响。结果表明：添加少量气相SiO₂对光伏密封胶稠度、力学性能影响比轻质CaCO₃大；亲水型气相SiO₂(HL-200)对稠度、力学性能的改善优于疏水型气相SiO₂(HB-139);亲水型、疏水型气相SiO₂都可以改善光伏密封胶湿热老化后力学性能降低、黄变等现象；添加气相SiO₂的光伏密封胶经UVA-340紫外灯照射后断裂伸长率明显下降。     

SiO2表面改性对高填充SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜性能的影响

选用三种具有不同疏水官能团的硅烷偶联剂,即含苯基的偶联剂1(Ph-1)、含氟基的偶联剂2(F-2)和含环氧丙氧基的偶联剂3(GP-3)对SiO₂进行表面改性,并采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的SiO₂/聚四氟乙烯(PTFE)复合薄膜。改性后SiO₂在PTFE中分散均匀。研究了不同含量F-2对SiO₂/PTFE复合薄膜性能的影响,发现当含氟基的硅烷偶联剂F-2用量(与SiO₂质量比)为0.3%时,SiO₂/PTFE复合薄膜的针孔缺陷最少,拉伸强度由9.2 MPa提高至16.2 MPa;在10 GHz下,SiO₂/PTFE复合薄膜的介电常数由2.475降低至2.416,介电损耗由2.66×10?3降低至2.01×10?3,SiO₂/PTFE复合薄膜显示出优异的综合性能。      

CO2开关型表面活性剂聚酯烯基磺酸钠的合成及其乳化性能

高分子表面活性剂被广泛应用于科学研究及食品、农业、纺织等工业领域。为了减少在大多数实际应用过程结束后失去活性的高分子因残留引起的副作用,设计并开发新型的开关型高分子表面活性剂具有重要的意义和应用价值。为此,通过自由基聚合法制备了一种CO₂开关型高分子表面活性剂聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯-乙烯基磺酸钠)(P(DEAEMA-SVS))。采用1H-NMR谱和GPC谱研究聚合物的结构与分子量分布。通过表面张力和界面张力的变化研究P(DEAEMA-SVS)乳液的稳定性。当甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)/乙烯基磺酸钠(SVS)单体投料比为1∶1(摩尔比)时,形成的聚合物粒子粒径约为113 nm,粒径分布窄,可将水的表面张力降低至37.279 mN/m,将水/液体石蜡的界面张力降低至5.492 mN/m,是一种有效的CO₂开关型表面活性剂,可作为唯一乳化剂稳定乳液。P(DEAEMA-SVS)的水/液体石蜡乳液具有很好的CO₂开关性能,在通入CO₂ 30 min后可破乳,在60℃下通入N₂又可再乳化,且可多次循环。P(DEAEMA-SVS)表面活性剂水溶液可与液体石蜡形成水包油型乳液。乳化机制研究表明,P(DEAEMA-SVS)因侧链上的叔胺基团的疏水性,在CO₂的作用下发生质子化作用形成亲水的季铵盐,使乳液油水两相分离而破乳;60℃温度下通入N₂可去除CO₂,使聚合物侧链上的叔胺基团去质子化疏水吸附在油水界面上再次稳定乳液。      

不同碳链长度的硅烷偶联剂对纳米SiO2改性研究

使用不同碳链长度的硅烷偶联剂(甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷)分别对纳米SiO₂进行改性。采用FTIR、XPS、XRD、TGA等表征方法研究了SiO₂粒子改性前后的化学结构和接枝率;采用激光粒度测试和TEM研究了纳米SiO₂颗粒的粒径分布和微观形貌;采用沉降实验和接触角观察了纳米SiO₂粒子的水中分散性状态及其亲疏水性能。结果表明,硅烷偶联剂成功接枝在了纳米SiO₂颗粒表面。随着硅烷偶联剂碳链长度的增加,改性后SiO₂平均粒径呈现先减小后增大的趋势,团聚现象减弱。经十六烷基三甲氧基硅烷改性的纳米SiO₂颗粒接触角从11.7°提高至108.2°,由亲水性转变为疏水性。     

SiO2/聚苯乙烯疏水复合微球的一步法合成和性能

提出了以苯乙烯、二乙烯基苯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)为单体，通过伴随着溶胶-凝胶反应的悬浮聚合法一步制备表面构筑有SiO₂粗糙结构的交联聚苯乙烯微球(SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球)。研究了油相组成、KH570用量和溶胶-凝胶反应条件对SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球强度和疏水性能的影响。结果表明，当弃除油相中的溶剂甲苯，在50℃的恒温反应阶段采用氨水调控体系pH值为10~11时可以获得兼具持久疏水性能、高强度和超低密度的SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球。SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球的表观密度约0.9917 g?cm?3，69 MPa的闭合压力下破碎率低至2.53%，表面静态水接触角高达140.7°，耐热性能优异(玻璃化转变和分解温度分别高达160℃和390℃)。尤其是，在涠州X油田A5井的螯合酸HD和FA中持续回流30天的过程中，SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球表面的接触角变化仍分别保持在±10%和±7%以内。SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球具备作为深部储层开采用支撑剂的极大潜力，也可用作封隔体控水工艺中的充填材料。      

疏水纳米氧化硅稳定水包油乳液机制研究

以矿物油、表面活性剂、疏水纳米SiO₂为原料，采用机械乳化法制备了含纳米SiO₂水包油型乳液。通过响应曲面实验得出SiO₂含量是影响乳液稳定性的主要因素，并在此基础上系统地研究了疏水纳米SiO₂对乳液稳定性及特性的影响。结果表明：当固体颗粒含量达到一定时，才能形成稳定的乳液，其形状与大小随着颗粒含量的增加而发生改变；与传统乳液相比，含固体颗粒乳液具有更好的热稳定性。其次，采用荧光显微镜、界面张力、界面流变等测试手段揭示了疏水颗粒稳定水包油型乳液的相应机制。结果表明：疏水纳米SiO₂吸附于油水界面改变了界面膜强度与结构，并与表活剂产生协同作用降低了油水界面张力，从而使乳液更加稳定。     

SiO2气凝胶吸附剂在环境污水净化领域的研究进展

开发新型环境净化材料为解决当前环境污染问题和实现可持续发展提供了一个新的可行性方案。近年来,SiO₂气凝胶由于具有独特的三维纳米多孔结构,在隔热保温、油水分离、吸附催化等领域具有极大的应用价值。在吸附应用方面,SiO₂气凝胶因其固有的高孔隙率、轻量化、高吸附作用和表面易改性的特点,成为一种极具潜力的新型环境净化材料。然而纯的SiO₂气凝胶的吸附性能源于高孔隙结构毛细管作用,而不能对吸附质实现针对性吸收。得益于SiO₂气凝胶表面丰富的羟基,使其拥有进一步可表面改性的能力,这是其最大的优势。对SiO₂气凝胶进行表面功能化结构设计可实现针对污染物分子的选择性和特异性吸附。本文首先介绍了SiO₂气凝胶的特性及吸附机理,然后根据吸附对象的不同分类,主要从含油污水分离净化、有毒工业污水处理两个污染治理应用方面介绍了SiO₂气凝胶及其复合材料在水体污染物吸附消除方向的研究发展现状,着重讨论了功能化基团对污染物吸附作用的影响,总结了SiO_2...     

单分散无溶剂纳米SiO2流体对环氧树脂的改性

以纳米粒子SiO₂为核、表面活性剂N,N-十二基-N-甲基-N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(SID3392)为颈状层、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚3-磺丙基钾盐(PEGS)为冠状层,制备出了无溶剂纳米SiO₂流体。无溶剂纳米SiO₂流体为牛顿流体,在室温下具有较低的黏度,在26.5 ℃时其黏度为4.3 Pa·s,无溶剂纳米SiO₂流体中SiO₂的含量为13.65wt%。将该无溶剂纳米SiO₂流体加入环氧树脂中,制备了无溶剂纳米SiO₂流体/环氧树脂复合材料。TEM结果表明: 无溶剂纳米SiO₂流体在环氧树脂基体中具有良好的分散性。DSC测试表明: 无溶剂纳米SiO₂流体的加入会略微降低环氧树脂的固化温度。当纳米SiO₂流体加入量为2.5wt%时,复合材料的冲击性能提高了164.7%,玻璃化温度提高了15.4 ℃。断面SEM结果显示无溶剂纳米SiO₂流体能够提高环氧树脂的韧性。     

疏水性气相SiO2改性环氧树脂的耐电晕性能

采用砂磨机将疏水性气相SiO₂纳米粒子分散到无溶剂环氧树脂（Epoxy,EP）中,经加热固化后制备了不同掺杂量的疏水性气相SiO₂/EP复合材料,通过XRD检测和SEM表征,证实疏水性气相SiO₂纳米粒子以无定形态均匀分散在EP中。疏水性气相SiO₂/EP复合材料的理化性能测试结果表明:其热稳定性、介电常数、介电损耗和电导率均随纳米SiO₂粒子掺杂量的增加而有所升高;纳米SiO₂粒子掺杂量为2wt%时,击穿场强达到最大值为24.66 kV/mm,较纯EP材料提高了21.35%;疏水性气相SiO₂/EP复合材料耐电晕寿命随纳米SiO₂粒子掺杂量增加而增加。在室温、80 kV/mm电场强度下,纳米SiO₂粒子掺杂量为8wt%时,疏水性气相SiO₂/EP耐电晕寿命可达42.7 h,是纯EP的18.9倍。      

卵磷脂改性磁性碳纳米管的制备及生物相容性

采用生物活性两亲性分子卵磷脂(PC), 对制备的磁性碳纳米管(Fe₃O₄/CNTs)进行非共价修饰, 得到了内部为疏水端、外部为带电亲水基团的类膜结构包覆的改性复合材料Fe₃O₄/CNTs-PC。在溶液中带电基团通过溶剂化作用及亲水作用, 在复合材料表面形成水化层, 提高复合材料的自由水含量。在蛋白质吸附实验与复钙化凝血时间评价中, Fe₃O₄/CNTs-PC对蛋白质吸附量仅为0.1368 mg/mg, 复钙化凝血时间延长至324 s, 具有很好的生物相容性。     

纳米SiO2对聚丙烯酸酯复合涂层在水润滑下摩擦学性能的影响

考察了纳米SiO₂对聚丙烯酸酯复合涂层在水润滑下摩擦磨损性能的影响。利用FTIR分析纳米SiO₂与聚丙烯酸酯的界面结合;利用SEM观察复合涂层磨损表面,并结合FTIR和摩擦磨损实验分析其磨损机理。结果表明:水润滑时,聚丙烯酸酯在摩擦过程中会发生摩擦化学反应,引起涂层摩擦腐蚀磨损;而纳米SiO₂能与聚丙烯酸酯以化学键的形式结合,它的加入有助于摩擦界面在水介质中形成具有较好减摩作用的表面膜和水分子膜,提高聚丙烯酸酯复合涂层的耐磨性。在水润滑下,当纳米SiO₂的含量较低时,涂层表面的磨损形式为摩擦腐蚀磨损和磨粒磨损;当纳米SiO₂的含量达到5wt% 时,涂层表面形成完整的表面膜和水分子膜,此时涂层具有良好的摩擦学性能。      

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%。     

改性SiO2凝胶涂层滤料制备与性能

从滤料表面改性的角度对提高滤料在高湿环境中运行的稳定性进行研究。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)滤料为基材、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为低表面能物质,采用溶胶-凝胶法,在滤料表面原位生成SiO₂纳米粒子,制备改性SiO₂凝胶涂层滤料。采用FESEM- EDS、FTIR和接触角测量仪分析了PET滤料表面化学成分、润湿性能及表面形貌的变化。结果表明:整理后PET滤料表面生成SiO₂纳米粒子,经MTES改性处理后滤料表面布满疏水的甲基基团,滤料疏水性能显著提高,其表面水接触角达154.11°。SiO₂颗粒在滤料表面均匀分布,凝胶聚合物仅在纤维交叉处沉积,使滤料透气性得以保证,过滤效率由97.0595%增加到99.2028%,过滤品质因数由0.02124增加到0.02761,提升了30%。      

含椭圆叶片状SiO2/聚乙烯醇渗透汽化复合膜的制备与性能

如何制备含形貌可控且高度分散无机纳米颗粒的高性能复合分离膜,是当前膜分离领域的研究热点和难点。本文采用溶胶-凝胶和溶液刮涂法将聚乙烯醇（PVA）、马来酸（MA）和SiO₂三者交联制备得到混合基质膜。通过SEM、FTIR、XRD对SiO₂/交联PVA混合基质膜进行结构表征,在50℃下对97wt%乙醇水溶液进行渗透汽化性能测试。结果表明,含椭圆叶片状SiO₂聚集体的SiO₂/交联PVA混合基质膜,椭圆叶片状SiO₂纳米颗粒聚集体可作为表面预筛选层,且在基体内高度分散,能够同时增加对醇水溶液的渗透通量和选择性。对97wt%乙醇水溶液的渗透通量和选择性分别高达0.072 kg·m^-2·h^-1和12 301。分离性能提高的原因可能是由于该混合基质膜具有表面预筛功能和更致密的网络结构。该结果将促进纳米SiO₂/PVA复合材料的研究及该类材料在分离领域的应用。     

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。      

SiO2气凝胶的制备及其在污水处理方面的研究进展

SiO₂气凝胶微观结构中存在不同形状、大小和排列方式的孔隙,这些孔隙可以形成细小的通道、突起、凹陷等复杂形态,具有比表面积大、孔隙率高的特点。SiO₂气凝胶被广泛应用于众多领域。因其低密度和高孔隙率性质被应用于吸声材料,低导热系数被广泛应用于保温材料,并且凭借其多孔性、高比表面积等结构特点,能够高效地吸附和去除污水中的有污染物,在污水处理方面也展现出良好的应用前景。本文综述了制备SiO₂气凝胶四个阶段的研究进展,包括溶胶-凝胶法制备SiO₂湿凝胶、SiO₂凝胶的老化、表面改性SiO₂气凝胶以及SiO₂气凝胶的干燥,归纳了每个阶段的特点,重点介绍了SiO₂气凝胶在含有机染料污水、含油污水和含重金属离子污水方面的吸附应用,并对其未来发展趋势进行了展望。     

基于吸附沥青膜厚度的沥青与矿粉交互作用能力评价研究

沥青与矿粉的交互作用能力决定着沥青胶浆的路用性能，为了评价沥青与矿粉的交互作用能力并分析其作用机理，本研究采用吸附沥青膜厚度作为沥青与矿粉的交互作用评价指标，提出了基于Hashin模型、Mori-Tanaka模型和广义自洽模型的吸附沥青膜厚度计算方法，对三种计算方法进行了比较，并分析了矿粉酸碱性、试验温度和频率对沥青与矿粉交互作用能力的影响。结果表明：采用Hashin模型计算的吸附沥青膜厚度能够较好地评价沥青与矿粉的交互作用能力；矿粉中酸性SiO₂含量越高，沥青与矿粉的交互作用能力越弱；当温度在软化点前后时，试验频率对沥青与矿粉交互作用能力的影响恰好相反；石灰岩矿粉与沥青的交互作用能力随着温度的增加而增大，粉煤灰颗粒表面致密的CaO-SiO₂-Al₂O₃系统使得温度对其与沥青的交互作用能力的影响不大，煤矸石矿粉中含有的大量SiO₂对其与沥青的交互作用能力产生抑制作用。     

多孔竹炭/二氧化钛纳米复合材料制备及其光催化作用

本工作合成了一种具有高吸附性能和光催化性能的表面改性竹炭/二氧化钛(SMBC/TiO₂)纳米复合材料。通过湿法氧化处理廉价、天然绿色的竹炭(BC), 制备了具有良好吸附性、化学稳定性的表面改性竹炭(SMBC)。经过改性, BC表面生成大量含氧官能团, 因此SMBC粒子易分散于水中, 并且与TiO₂有较强的相互作用, 确保TiO₂均匀地负载在SMBC表面。SMBC/TiO₂比BC/TiO₂有更大的比表面积, 能提供更强的吸附性能。SMBC/TiO₂的饱和吸附容量大约是BC/TiO₂的1.6倍, 是TiO₂的12.1倍。吸附和催化的协同作用使SMBC/TiO₂复合材料降解MB具有更高的光催化活性, SMBC/TiO₂光催化降解MB的速率常数分别是BC/TiO₂ 和TiO₂的7倍和6倍。     

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。