纳米SiO2类流体的制备及性能研究

论文摘要

纳米SiO2特有的表面效应、量子尺寸效应和体积效应等使其在改性聚合物材料领域的研究报道愈来愈多。目前,国内外许多科学工作者采用纳米新技术及先进的制造工艺将纳米材料用于改性聚合物,提高高分子材料的力学、热学、电学、光学和加工性能,改善聚合物的韧性、强度、耐热性和阻燃性等,使其在许多材料研究领域引起了广泛的重视,并成为材料科学研究的热点。但是前人对纳米SiO2所做的修饰只展示了在溶剂存在下的类固态行为,而没有实现宏观上的固-液相态的转换。本文在分析纳米SiO2研究现状的基础上,针对其在复合材料中的应用,采用离子型化学修饰法制备出了一种在无溶剂条件下具备类液体行为的纳米SiO2类流体。主要研究内容如下:（1）采用SiO2表面接枝改性法制备纳米SiO2有机离子盐和纳米SiO2类流体,比较两种不同的实验方案的优劣。研究发现先进行离子交换反应这种方法最好;通过SEM观察制得产品的微观结构,发现这种类流体具有非常规整的阵列结构,粒子分散很均匀;通过电导率测试得知,这种类流体具有很高的电导率。在25℃时其电导率为6.38×10-3s/cm,预期在抗静电材料方面具有广阔的应用前景。（2）采用正硅酸乙酯溶胶凝胶法来制备纳米SiO2类流体,通过反应条件研究,发现催化剂种类、催化剂用量、反应时间等几种影响因素对反应产物都有较大影响。研究表明,最佳的反应条件为:催化剂用量为:mol（盐酸）/mol（TEOS）为0.02;水的用量为:mol（水）/mol（TEOS）为8;反应时间为:24h,催化剂选择盐酸。（3）将制得的纳米SiO2类流体与PVC进行机械共混,制备了纳米SiO2类流体/PVC复合材料。利用SEM考察了类流体在PVC中的分散情况,观察发现经改性后的纳米粒子在复合材料中分散均匀,粒径小,这说明表面改性促进了纳米粒子在聚合物基体中的分散。（4）研究发现该复合物在常温下的电导率为为2.8x10-5s/cm。这个数据表明纳米SiO2类流体对PVC电性能的改善作用很好,它是一种优良的抗静电剂。我们发现这种类流体具备非常规整的微观结构,低的粘度以及高的电导率,在新型增塑剂、半导体等方面具有非常广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米二氧化硅粒子的表面改性的方法
• 1.1.1 表面物理改性
• 1.1.2 表面化学改性
• 1.1.3 其它表面改性方法
• 2/聚合物复合材料的制备方法'>1.2 纳米SiO₂/聚合物复合材料的制备方法
• 1.2.1 插层复合法
• 1.2.2 溶胶—凝胶法（Sol-Gel）
• 1.2.3 共混法
• 1.2.4 原位聚合法
• 1.3 高分子材料的抗静电性能
• 1.3.1 抗静电剂的研究现状
• 1.3.2 利用纳米复合技术制备导电材料
• 1.4 本课题的提出及主要研究内容
• 2直接改性制备类流体'>第2章 用纳米SiO₂直接改性制备类流体
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 纳米粒子类流体的制备
• 2.1.4 测试与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 产物的物理状态
• 2.2.2 红外光谱分析
• 2.2.3 微观形貌分析
• 2.2.4 低温热循环分析
• 2.2.5 流变性能分析
• 2.2.6 粘度分析
• 2.2.7 电学性能分析
• 2.3 本章小结
• 2类流体'>第3章 用TEOS制备SiO₂类流体
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 纳米粒子类流体的制备
• 3.1.4 测试与表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 产物的物理状态
• 3.2.2 红外光谱分析
• 3.2.3 微观形貌分析
• 3.2.4 低温热循环分析
• 3.2.5 流变性能分析
• 3.2.6 粘度分析
• 3.2.7 电学分析
• 3.3 本章小结
• 2复合材料'>第4章 纳米SiO₂复合材料
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 基础配方
• 4.1.4 实验内容
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 复合材料的形貌分析
• 4.2.2 复合材料的介电常数分析
• 4.2.3 复合材料的导电率分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录: 硕士期间发表的论文
• 致谢