无机纳米粒子/聚合物复合材料的研究

论文题目: 无机纳米粒子/聚合物复合材料的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水产品加工与贮藏工程

作者: 彭红瑞

导师: 张志焜

关键词: 复合材料,纳米粒子,聚合物,结构,性能

文献来源: 中国海洋大学

发表年度: 2005

论文摘要: 由于无机纳米粒子很小、比表面积很大，与塑料复合，会产生很强的界面相互作用。使无机粒子的刚性、热稳定性、尺寸稳定性和塑料的韧性、介电性、加工性等有机地结合起来，得到性能优异的复合材料，实现塑料的功能化、通用塑料的工程化，无机纳米粒子／塑料复合材料已经成为材料学的一个研究热点。研究了纳米TiO2、纳米TiO2／HIPS、纳米TiO2／PP、纳米Mg／PP、纳米CaCO3／PP、纳米CaCO3／PVC复合材料的制备、结构及力学性能，研究了纳米TiO2／HIPS复合材料的抗菌、分解内毒素、抗老化以及屏蔽紫外线等功能。研究了TiO2纳米管的制备及结构。 X射线衍射分析表明，用钛酸四丁酯水解后在500-550℃煅烧1h可制备出单一锐钛矿晶型的纳米TiO2。纳米TiO2的表面经过偶联剂处理后，用挤出机制备出纳米TiO2含量在25wt.％的纳米TiO2／HIPS母料，再将母料与HIPS混合后，用注塑机制备纳米TiO2／HIPS复合材料，当TiO2含量为1 wt.％时，纳米TiO2／HIPS复合材料的综合力学性能最好。扫描电镜、透射电镜以及电子能谱的分析表明，纳米TiO2在纳米TiO2／HIPS复合材料中的含量为1wt.％时，纳米TiO2粒子均匀分散在HIPS基体中。纳米TiO2以及纳米TiO2／HIPS、纳米TiO2／PP复合材料具有明显的抗菌功能，对常见菌种的抗菌率在80％以上。纳米TiO2／HIPS复合材料具有明显的分解内毒素功能，分解率在90％以上。纳米TiO2／HIPS复合材料具有抗老化和屏蔽紫外线等功能。光老化150h后，。纳米TiO2／HIPS复合材料的综合力学性能优于纯HIPS。纳米Mg表面用偶联剂处理后，添加到PP中，均可提高复合材料的力学性能。扫描电镜分析表明，由于纳米Mg的存在，冲击断口由纯PP的脆性断口转变成纳米Mg／PP复合材料的韧性断口。针状的纳米CaCO3添加到PP及PVC中，均可提高复合材料的力学性能。 X射线衍射、透射电镜以及扫描电镜分析表明，用锐钛矿型纳米TiO2，用水热法与NaOH反应后，再在500℃煅烧1h，可制备出直径在5-15nm，长度在数百到几个微米的锐钛矿晶型的束状TiO2纳米管。

论文目录:

0 前言

0.1 无机纳米／聚合物复合材料的研究进展

0.1.1 纳米技术及纳米材料的发展

0.1.2 纳米粒子的特性

0.1.3 纳米材料的制备方法

0.1.4 纳米粒子的表面改性

0.1.5 纳米／聚合物复合材料的制备方法

0.1.6 纳米材料在聚合物中的应用

0.2 TiO_2纳米管的研究进展

0.3 选题的意义及目的

1.纳米TiO_2粒子及纳米TiO_2／聚合物复合材料的研究

1.1 纳米TiO_2粒子的制备与表征

1.1.1 实验方法

1.1.1.1 制备纳米TiO_2的原料及设备

1.1.1.2 纳米TiO_2的制备

1.1.2 纳米TiO_2的表征

1.1.2.1 TiO_2的晶体结构

1.1.2.2 TiO_2的透射电镜像及粒径分布

1.2 纳米TiO_2／HIPS复合材料的制备与力学性能研究

1.2.1 实验方法

1.2.1.1 材料及设备

1.2.1.2 实验仪器

1.2.1.3 纳米TiO_2／HIPS复合材料的力学性能测试

1.2.1.4 纳米TiO_2的表面处理

1.2.1.5 纳米TiO_2／HIPS复合材料制备的工艺流程图

1.2.1.6 纳米TiO_2／HIPS复合材料的制备

1.2.2 实验结果及讨论

1.2.2.1 纳米TiO_2含量对纳米TiO_2／HIPS复合材料力学性能的影响

1.2.2.2 纳米TiO_2粒子在纳米TiO_2／HIPS复合材料中的分散

1.2.2.2.1 纳米TiO_2粒子在纳米TiO_2／HIPS复合材料中的扫描及透射

1.2.2.2.2 不同含量纳米TiO_2的纳米TiO_2／HIPS复合材料的电子能谱分析

1.2.2.3 纳米TiO_2的分散对力学性能的影响

1.2.2.4 纳米TiO_2／HIPS复合材料的流动性

1.2.3 纳米TiO_2／HIPS复合材料母料的流变性能

1.3 纳米TiO_2及纳米TiO_2／聚合物的功能特性

1.3.1 纳米TiO_2的抗菌性能

1.3.1.1 纳米TiO_2的抗菌性能的定性实验

1.3.1.1.1 实验步骤

1.3.1.1.2 实验结果

1.3.1.2 纳米TiO_2粒子抗菌性能的试管法定量试验

1.3.1.2.1 实验方法

1.3.1.2.1.1 实验菌种

1.3.1.2.1.2 实验步骤

1.3.1.2.2 实验结果

1.3.1.2.3 结果和讨论

1.3.1.3 纳米TiO_2粒子抗菌性能的平皿法(挖孔法)定量实验

1.3.1.3.1 实验菌种及方法

1.3.1.3.2 结果与讨论

1.3.2 纳米TiO_2／聚合物复合材料的抗菌及分解内毒素性能

1.3.2.1 纳米TiO_2／聚合物复合材料抗菌及分解内毒素实验方法

1.3.2.1.1 纳米TiO_2／聚合物复合材料的制备

1.3.2.1.2 抗菌实验方法

1.3.2.1.2.1 实验菌种

1.3.2.1.2.2 实验步骤

1.3.2.1.3 分解内毒素实验方法

1.3.2.2 抗菌实验结果

1.3.2.3 纳米TiO_2／HIPS复合材料分解内毒素实验结果

1.3.2.4 纳米TiO_2抗菌及分解内毒素机理探讨

1.3.2.5 纳米TiO_2复合材料的自清洁性能

1.3.3 纳米TiO_2／HIPS复合材料的抗光老化实验

1.3.3.1 实验方法

1.3.3.1.1 纳米TiO_2／HIPS复合材料的制备

1.3.3.1.2 纳米TiO_2／HIPS复合材料的老化实验及性能测试设备

1.3.3.1.3 老化实验方法

1.3.3.2 老化对纳米TiO_2／HIPS复合材料力学性能的影响

1.3.3.3 纳米TiO_2／HIPS复合材料老化后的红外谱图分析

1.3.4 TiO_2及纳米TiO_2／HIPS复合材料的吸光性

1.3.4.1 实验方法

1.3.4.2 实验结果及分析

1.3.4.2.1 纳米TiO_2粉体的Uv-Vis吸光特性

1.3.4.2.2 纳米TiO_2／HIPS复合材料的Uv-Vis吸光特性

1.3.4.2.3 钛白粉对纳米TiO_2／HIPS复合材料的Uv-Vis吸光特性的影响

1.4 纳米TiO_2／ABS复合材料的制备及性能

1.4.1 实验方法

1.4.1.1 实验材料

1.4.1.2 实验主要设备

1.4.1.3 实验主要配方

1.4.1.4 实验的工艺流程图

1.4.1.5 实验内容

1.4.1.5.1 试样制备

1.4.1.5.2 性能测试

1.4.1.5.3 纳米TiO_2粉体的分散性研究

1.4.1.5.4 不同偶联剂对ABS复合材料力学性能的影响

1.4.1.5.5 偶联剂的不同处理方法对ABS复合材料力学性能的影响

1.4.1.6 抗凝露型ABS复合材料的研究

1.4.2 实验结果与分析讨论

1.4.2.1 纳米TiO_2的填充份数对ABS复合材料力学性能的影响

1.4.2.2 纳米TiO_2粉体的分散性表征

1.4.2.3 不同偶联剂对ABS复合材料力学性能的影响

1.4.2.4 偶联剂的不同处理方法对ABS复合材料力学性能的影响

1.4.2.5.防雾化技术的研究

1.4.2.6 ABS复合材料的抗凝露性能

1.5 纳米TiO_2／PP复合材料的研究

1.5.1 实验方法

1.5.1.1 主要实验原料

1.5.1.2 主要实验设备

1.5.1.3 试样制备及偏光显微镜观察

1.5.1.4 性能测试

1.5.2 结果与讨论

1.5.2.1 纳米TiO_2的含量对纳米TiO_2／PP复合材料力学性能的影响

1.5.2.2 偶联剂对力学性能的影响

1.5.2.3 偶联剂并用对材料力学性能的影响

1.5.2.4 偶联剂数量对材料拉伸强度的影响

1.5.2.5 偶联剂数量对材料韧性的影响

1.5.2.6 纳米粒子与偶联剂界面层结构对强度的影响

1.5.2.7 纳米TiO_2对复合材料结晶性的影响

1.5.2.8 纳米TiO_2对材料晶核密度大小和晶粒尺寸的影响

1.5.2.9 界面改性剂对聚丙烯基体结晶性的影响

1.5.2.10 填充和偶联剂类型和数量对材料流变性的影响

1.6 小结

2 纳米Mg／PP、纳米CaCO_3／PP、纳米CaCO_3／PVC复合材料的结构及性能的研究

2.1 纳米Mg／PP复合材料的制备、结构与性能研究

2.1.1 实验方法

2.1.1.1 实验材料

2.1.1.2 实验配方

2.1.1.3 主要实验设备

2.1.1.4 样品的制备

2.1.1.4.1 纳米Mg的制备

2.1.1.4.2 表征

2.1.1.4.3 纳米Mg的表面活化

2.1.1.4.4 纳米Mg／PP复合材料制备的工艺流程图

2.1.1.4.5 性能测试方法

2.1.2 结果与讨论

2.1.2.1 纳米Mg的制备及表征

2.1.2.2 纳米Mg的活化处理

2.1.2.2.1 偶联剂的选择

2.1.2.2.2 KH550和TMS对纳米Mg／PP力学性能的影响

2.1.2.2.3 偶联剂用量对纳米Mg／PP复合材料力学性能的影响

2.1.2.3 不同纳米Mg对复合材料力学性能的影响

2.1.2.4 纳米Mg对复合材料其它性能的影响

2.1.2.4.1 维卡软化温度

2.1.2.4.2 低温冲击性能

2.1.2.4.3 电学性能

2.1.2.4.4 布氏硬度

2.1.2.5 机理研究

2.1.2.5.1 TMS的活化效果

2.1.2.5.2 纳米Mg的增韧机理研究

2.2 纳米CaCO_3／PP复合材料的制备、结构与性能研究

2.2.1 实验方法

2.2.1.1 实验材料

2.2.1.2 实验设备

2.2.1.3 实验仪器

2.2.1.4 实验的工艺流程图

2.2.1.4.1 纳米CaCO_3的表面活化

2.2.1.4.2 纳米CaCO_3／PP复合材料制备的工艺流程图

2.2.1.4.3 试样制备

2.2.1.4.4 性能测试

2.2.1.5 实验主要配方

2.2.2 结果与讨论

2.2.2.1 纳米CaCO_3的表征

2.2.2.2 不同用量的纳米CaCO_3对PP复合材料力学性能的影响

2.2.2.3 不同弹性体对PP复合材料力学性能的影响

2.2.2.4 纳米CaCO_3／PP复合材料的熔融指数

2.2.2.5 纳米CaCO_3／PP复合材料的差热扫描(DSC)分析

2.2.2.6 纳米CaCO_3／PP复合材料的冲击断面分析

2.3 纳米CaCO_3／PVC复合材料的结构与性能研究

2.3.1 实验方法

2.3.1.1 主要原材料

2.3.1.2 实验配方

2.3.1.3 主要实验设备及仪器

2.3.1.4 实验方法

2.3.1.4.1 纳米CaCO_3的表面活化

2.3.1.4.2 实验流程

2.3.1.4.3 性能测试方法

2.3.2 结果与讨论

2.3.2.1 偶联剂的选择

2.3.2.2 纳米CaCO_3的填充份数对复合材料力学性能的影响

2.3.2.3 纳米CaCO_3的增韧机理研究

2.4 小结

3 束管状nano-TiO_2的研究

3.1 实验方法

3.1.1 化学试剂与实验仪器

3.1.2 实验步骤

3.1.3 表征

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 高压釜水热法原理

3.2.2 X射线衍射分析

3.2.3 TiO_2纳米管的透射电镜观察

3.2.4 制备温度对TiO_2纳米管形貌的影响

3.2.5 纳米TiO_2的紫外可见光谱分析结果与讨论

3.3 小结

4.结论

本文创新点

参考文献

博士论文期间发表的文章

致谢

发布时间: 2005-03-30

参考文献

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无机纳米粒子/聚合物复合材料的研究

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