有机化蒙脱土对XLPE/OMMT纳米复合电介质微观形态及水树枝老化特性的影响

文中采用熔融共混法分别制备了交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合电介质,研究有机化蒙脱土种类对纳米复合电介质微观形态和水树枝老化特性的影响。对试样进行力学性能测试发现,OMMT质量分数为0.5%时,综合力学性能达到最佳;利用差示扫描量热法和扫描电子显微镜研究了试样的微观形态,经双十八烷基苄基季铵盐有机化改性并细化的有机化蒙脱土(OMMT3)起到明显的异相成核作用,使晶体更加完善,结晶度高达25.3%,晶体平均尺寸仅为16.67μm;采用水针电极法对各试样进行加速水树枝老化试验,剥离分散的OMMT3片层形成了更加曲折的迷宫路径,其对水分子的阻隔效应与XLPE交联网状结构对分子链运动束缚的共同作用,有效抑制了XLPE/OMMT3试样中水树枝的生长,引发概率下降至23.4%;傅里叶变换红外光谱对水树枝老化前后的化学结构进行了表征,纳米复合电介质水树区的羰基指数增加、羟基振动峰增强,表明水树枝老化是电化学降解的作用;在水树枝生长过程中,XLPE/OMMT3试样老化断链较少,表现出较优的耐热氧老化性能。

氯化镍与有机蒙脱土在环氧基膨胀型钢结构防火涂料中的协效作用

以有机蒙脱土(OMMT)和氯化镍(NiCl_(2))作为复配协效剂制备环氧基膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)系统研究了复配协效剂在防火涂料中的防火和抑烟作用。结果表明:单独添加OMMT和NiCl_(2)均能有效增强环氧基膨胀型钢结构防火涂料的隔热性能并降低燃烧过程中的生烟量和热释放,将二者复配使用表现出更好的协效作用。当m(OMMT)∶m(NiCl_(2))=1∶1时,膨胀型钢结构防火涂料的峰值热释放速率、峰值生烟速率以及300℃背温时间分别为291.3 kW/m^(2)、0.039 m^(2)/s和1465 s。TG结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用可以降低涂料的峰值分解温度和质量损失速率,使涂层在700℃时的残炭率高达24.8%。SEM和FT-IR结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用有利于形成更多含磷交联结构进而提高膨胀炭层的致密性和连续性,达到较好的防火和抑烟作用。

酚醛树脂/蒙脱土浸渍改性杉木工艺及密实化研究

以酚醛树脂和蒙脱土混合后溶液为改性剂,正负压仿呼吸环境下浸渍改性杉木板材,探讨了负压压力、负压时间、正压压力、正压时间对杉木板材增重率的影响;通过正交试验确定最佳处理工艺,在最优工艺浸渍杉木板材基础上进行压缩密实化处理,分析改性后杉木的密度、增重率、表面硬度、力学性能、尺寸稳定性和阻燃性,并通过扫描电镜和红外光谱对木材微观形貌、官能团进行表征。结果表明:当负压压力–0.095 MPa、负压时间20 min、正压压力1.5 MPa和正压时间1.5 h,改性杉木的增重率最大。在此浸渍工艺处理下,压缩密实化处理后的杉木密度由0.328 g/cm3提升至0.784 g/cm^(3),静曲强度、弹性模量和表面硬度分别提升了34.7%、38.4%和85.6%;尺寸稳定性结果表明改性杉木的吸水率和体积膨胀率明显降低。扫描电镜表明改性剂主要通过管胞、射线细胞和纹孔渗透,且木材内部孔隙被很好地填充。红外分析表明木材内部游离羟基减少,缔合羟基和醚键数目增多,木材内部引入Si-O-C键,耐火试验结果表明改性材具有良好的阻燃效果。

镉污染土壤中巯基功能化蒙脱土的钝化行为

重金属污染土壤的修复是环境治理的重要课题,化学钝化是有效方法之一。采用溶剂分散法制备了巯基功能化蒙脱土钝化剂(SH-Mont),通过盆栽实验考察其对重金属镉的钝化效果。FTIR,XRD,BET及SEM等表征结果显示,SH-Mont在不改变蒙脱土层状结构的基础上,表面更粗糙、孔隙更发达,比表面积从46.58 m^(2)/g增大为158.28 m^(2)/g,提供了更多的吸附位点。因SH-Mont与Cd^(2+)之间静电作用、离子交换及配位等作用形成络合物,镉的赋存形态由高活性的可交换态、碳酸盐结合态向强稳定性的铁锰氧化结合态、有机结合态和残渣态转化,有效降低了土壤中镉的生物活性,减弱了土壤中镉迁移的风险。尤其SH-Mont生成了强结合物种-S-Cd,致使土壤及鸡毛菜中的镉含量明显下降,且镉含量均随钝化剂添加量增加而降低,而鸡毛菜生长量呈相反趋势,酸雨条件下钝化剂添加量为2%时镉的浸出仅为0.72 mg/kg,表现出良好的钝化性能和稳定性。

羧基化纤维素纳米纤丝对单片层蒙脱土分散性能的研究

本研究使用纤维素纳米纤丝(CNF)作为分散剂制备分散稳定的单片层蒙脱土(MMT)分散液,探究了CNF羧基含量和长径比对单片层MMT分散液的分散稳定性、平均粒径、黏度和得率的影响。结果表明,2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化的CNF(TOCNF)对单片层MMT的分散性能优于羧甲基化CNF(CMCNF)。当羧基含量为1.24 mmol/g时,TOCNF展现出最佳的分散效果。此时,分散液中主要为单片层的MMT,其平均粒径为317 nm。进一步研究表明,当使用质量分数0.1%的TOCNF(1.24 mmol/g)为分散剂时,其分散MMT的最大初始质量分数为1.5%,此时,超声离心后的单片层MMT得率和质量分数分别为52%和0.78%。

一锅法合成银纳米粒子/有机蒙脱土复合材料

以硝酸银为银源,硼氢化钠为还原剂,阳离子型表面活性剂为柱撑剂和吸附剂,钠基蒙脱土为分散剂和载体,利用液相还原法的一锅法成功制备银纳米颗粒。分别应用X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对制备产物进行了表征,证明有机蒙脱土负载了银纳米粒子。银纳米粒子大多附着在有机蒙脱土的表面,少量插入层间。同时考察了表面活性剂、反应物的物质的量之比对产物粒径的影响。

温拌剂对氢氧化铝(ATH)/有机改性蒙脱土(OMMT)沥青混合料阻燃抑烟与路用性能的影响

为研究温拌剂PN2217对氢氧化铝(ATH)/有机改性蒙脱土(OMMT)沥青混合料阻燃抑烟与路用性能的影响,采用高速剪切法制备ATH/OMMT复合阻燃沥青与温拌阻燃沥青并测试了常规物理性能;采用锥形量热仪测试PN2217对ATH/OMMT复合改性沥青混合料阻燃抑烟性能的影响;对ATH/OMMT复合阻燃沥青与温拌阻燃沥青进行热重试验,研究PN2217对ATH/OMMT复合阻燃沥青热解特性的影响机理;采用车辙试验与低温弯曲试验研究了PN2217对ATH/OMMT复合改性沥青混合料路用性能的影响。研究表明,PN2217抑制燃烧过程中惰性炭层的形成降低了ATH/OMMT复合改性沥青混合料的阻燃抑烟性能,加入PN2217后,燃烧过程中形成的炭层表面出现了空隙与裂隙,无法有效阻止与外界的热量与气体交换;PN2217通过降低了ATH/OMMT复合改性沥青与集料之间的粘附作用,对高温性能有一定的抑制作用,同时改善了低温抗裂性能。

有机蒙脱土/木质纤维复合改性沥青性能研究

为研究有机蒙脱土与木质纤维的耦合作用对沥青性能的影响,文章通过制备不同掺量下的有机蒙脱土/木质纤维复合改性沥青(OMFA),采用动态剪切流变仪(DSR)试验、弯曲梁流变仪(BBR)试验和傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验,研究OMFA的高低温流变性能与微观组成。试验结果表明:有机蒙脱土和木质纤维均能改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性;与采用单一改性(有机蒙脱土或木质纤维)的沥青相比,OMFA的流变性能均有明显提高,即有机蒙脱土与木质纤维的协同作用使得沥青性能进一步增强,且有机蒙脱土、木质纤维与沥青的耦合作用为物理反应。

交联度对交联聚乙烯/有机化蒙脱土纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响

为了研究交联度对纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响,通过调控交联时间,制备了不同交联度的交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)测试判断蒙脱土的插层分散状态和试样聚集态结构的变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样的结晶形态,并对其拉伸性能、电导-温度特性、介电常数、介质损耗及击穿场强进行了测试。结果表明:交联形成的三维网状结构抑制了晶体生长,且晶体尺寸和结晶度随交联度的增加而不断减小;剥离分散的OMMT在XLPE/OMMT中充当了物理交联点,与交联键共同作用,提高了纳米复合材料的拉伸强度,且不断完善的交联网络,使复合材料的弹性模量增大,韧性增强。纳米复合材料的电导率随温度升高而增大,其活化能的大小与交联度和OMMT的界面区域有关。完善的交联网络和均匀分布的界面区,增加了势垒,提高了复合材料的活化能。交联度的增加,形成较强的分子间作用力,阻碍了偶极子和侧基的转向极化,使介电常数和介质损耗角正切值减小;OMMT的加入和交联结构的完善,共同提高了复合材料的击穿场强;但过度交联会影响OMMT在基体中的分散程度,使OMMT片层发生微重排,进而导致OMMT与基体的界面结合力下降,劣化的OMMT排列和分散,使自由电子易脱离束缚,对晶格结构造成破坏,增加了复合材料的微观缺陷,使击穿场强降低。

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备与力学性能预测

本文采用熔融挤出法制备了β成核聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料,考察了蒙脱土、β成核剂及增容剂用量对复合材料缺口冲击强度和弯曲强度的影响,并用BP神经网络进行预测。结果表明,增加蒙脱土用量有助于复合材料强度的提高但对韧性不利;随β成核剂用量的增加,复合材料的缺口冲击强度略有增加,而弯曲强度存在最优值,即添加β成核剂0.1%时,弯曲强度达到最大值35.06MPa,较不添加时增加了13.68%;随增容剂用量的增加,复合材料的韧性显著增大而强度有所降低,添加30%增容剂,复合材料的缺口冲击强度较不添加时增加了约3倍,而弯曲强度仅降低了28.39%;BP神经网络预测结果表明,该模型能够比较精确的预测该复合材料的力学性能。该研究对于优化聚丙烯基纳米复合材料制备及改进力学性能预测具有借鉴意义。

微生物合成的β-羟基丁酸与β-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)/有机化蒙脱土(OMMT)纳米复合材料生物降解性的研究

采用土壤悬浊培养降解实验法对溶液插层法制备的β-羟基戊酸酯共聚物／有机化蒙脱土(PHBV／ OMMT)的纳米复合材料进行了降解性能的研究;采用膜基稀释频度法(film-MPN method)研究了土壤悬浊液 中PHBV降解菌变化以及对纳米复合材料降解性能的影响;利用紫外分光光度法通过观察Bacillus Subtillus生 长规律研究了OMMT的抗菌性,影响降解性能变化的原因除了PHBV与OMMT间存在相互作用制约了 PHBV的链运动,降低了材料的透水性之外,还与材料的结晶度、OMMT的抗菌性,环境的降解菌数以及复合材 料的插层结构等因素有关.

β成核聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的结构与力学性能

本文使用双螺杆挤出机制备了β成核聚丙烯(β-PP)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料。采用FTIR、XRD和SEM分析了复合材料的微观结构与形貌特征,考察了OMMT、β成核剂(β-NA)及增容剂用量对复合材料冲击强度和弯曲强度的影响,并对比研究了标准BP神经网络模型和LM-BP神经网络模型对力学性能的预测能力。结果表明,增容剂与OMMT表面形成了强相互作用,提高了复合体系的相容性,黏土片以插层结构分散在β-PP基体内。OMMT、β-NA及增容剂用量对复合材料的力学性能均产生了一定影响,其中添加30%增容剂时复合材料的冲击强度约为不添加时的4倍,而弯曲强度仅降低了28.39%。此外,与标准BP神经网络模型相比,LM-BP神经网络模型具有更快的收敛速度和更高的预测精度。该研究为优化PP基纳米复合材料的制备及力学性能预测提供了参考。

巯基/铁基功能化蒙脱土对土壤镉的钝化行为研究

土壤镉(Cd)的迁移和富集严重威胁国家粮食安全和损害人体健康。通过整合有机/无机改性方法制备了新型的巯基/铁基复合功能化蒙脱土(SH-Fe-Mont),用于Cd的高效去除和钝化。利用FTIR、XRD、BET、SEM及XPS等表征手段证实了钝化剂被成功制备,且在没有改变蒙脱土(Mont)基本层状结构的基础上拥有丰富的孔隙结构及更大的比表面积。通过系列水溶液吸附实验和土壤有效态Cd及赋存形态变化考察钝化剂对重金属Cd的去除率和钝化效果。等温吸附实验结果证明在293-323 K温度范围内,钝化剂吸附行为均符合Langmuir模型。在303 K时,SH-Fe-Mont和单改性的铁基功能化蒙脱土(Fe-Mont)的理论最大饱和吸附量分别为55.3、42.7 mg·g^(−1),分别是Mont的46.9、36.2倍。吸附动力学实验的结果显示,初始质量浓度分别为20、50、100 mg·L^(−1)时,钝化剂对Cd(Ⅱ)的吸附过程均符合伪二级模型,更快的吸附动力学使SH-Fe-Mont在40 min内达到吸附平衡(Mont:80 min;Fe-Mont:50 min)。更重要的是,SH-Fe-Mont对Cd的去除率超过99.0%(Cd的初始质量浓度20 mg·L^(−1))。酸雨模拟实验证明了SH-Fe-Mont对镉吸附后的高稳定性,仅有0.31%的镉解吸和0.22 mg·kg^(−1)的镉浸出,远低于原始Mont(41.2%,11.7 mg·kg^(−1))和Fe-Mont(4.58%,1.67 mg·kg^(−1))。利用XPS研究了SH-Fe-Mont对镉的吸附机制,结果表明,Cd能被SH-Fe-Mont以一种复杂的络合状态-S-Cd和FeOOCd^(+)固化。与对照组相比,施加2%SH-Fe-Mont后有效态镉含量降低71.2%,且活性高的可交换态和碳酸盐结合态之和由83.8%降低至47.4%,而稳定性较强的铁锰氧化结合态、有机结合态和残渣态之和由16.2%增加至52.6%,从而有效降低了镉的生物活性,进而减弱土壤中镉迁移的风险。该研究结果可为土壤和水中镉污染的钝化修复提供理论依据。

有机化蒙脱土改善SBS改性沥青性能的研究

对掺入适量有机化蒙脱土的SBS改性沥青的常规技术性能、贮存稳定性能、美国战略公路研究计划（SHRP）技术性能等进行了试验研究；对有机化蒙脱土在SBS改性沥青中的作用原理进行了分析．结果表明，在SBS含量为5％（质量分数）的改性沥青中掺入适量（0～10％，质量分数）的有机化蒙脱土，可获得贮存稳定的SBS改性沥青，其常规技术性能满足聚合物改性沥青SBS类I—D技术指标要求，且优于不掺有机化蒙脱土的SBS改性沥青；SHRP技术性能满足PG70—22的指标要求．

溴化丁基橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料的制备和性能研究

用机械共混法制备了剥离型溴化丁基橡胶/有机蒙脱土(BIIR/OMMT)纳米复合材料。OMMT可使溴化丁基橡胶的正硫化时间缩短,却不影响焦烧安全性,达到了节能降耗的目的。OMMT的加入还可使耐溶剂性能和耐热性能显著提高,其含量仅为3.0 phr时,拉伸强度和撕裂强度分别提高了90.8%和81.4%。

有机化蒙脱土改性沥青老化性能的研究

采用熔融共混法制备了有机化蒙脱土(OMMT)改性沥青,通过薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力老化(PAV)试验,研究了OMMT对改性沥青老化性能的影响。结果表明,OMMT可显著减小沥青TFOT和PAV老化后粘度的增大、软化点的升高和针入度的降低,有效改善沥青的短期老化和长期老化性能;OMMT对沥青耐老化性能的改善作用随其用量的增加而增大,但当OMMT用量超过3%时,其对沥青耐老化性能的提高已较小。

不同有机化蒙脱土对聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料结构和性能的影响

采用不同的有机改性剂制备了三种含羟基极性基团、环氧基和不含极性基团的有机化蒙脱土,并与混有少量马来酸酐接枝聚丙烯的聚丙烯基体进行复合,制备了聚丙烯粘土纳米复合材料.采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、热分析仪、示差扫描热分析仪和力学测试仪对样品进行结构表征和力学性能测试.探讨和比较了不同有机化蒙脱土对聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料结构和性能的影响.结果表明,携带极性基团的有机改性剂和马来酸酐接枝聚丙烯的强烈相互作用有利于有机化蒙脱土在复合材料中的插层、剥离和稳定性,由此形成的聚丙烯粘土纳米复合材料具有更高的结晶度,其力学性能的提高也更为显著.

有机蒙脱土对橡胶硫化特性的影响及其理论分析

采用机械混炼法制备了顺丁橡胶-有机蒙脱土(OMMT)、丁苯橡胶-OMMT和天然橡胶-OMMT纳米复合材料。在相同硫化配方(质量份数:ZnO 4.0、硬脂酸1.0、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.9、硫磺2.0、OMMT 3.0)下,考察了OMMT对纳米复合材料硫化特性的影响,并采用示差扫描量热法对纳米复合材料硫化过程中的热效应进行分析。实验结果表明,OMMT的存在缩短了纳米复合材料的焦烧时间和正硫化时间,且加快了焦烧后的硫化速率,起到了硫化促进剂的作用;OMMT的存在使纳米复合材料的交联密度有不同程度的增大;OMMT中季铵盐阳离子的存在起到了硫化促进剂的作用,降低了纳米复合材料的开始硫化温度和最快硫化温度。

有机蒙脱土/氢化丁腈橡胶纳米复合材料的结构和性能

采用熔体插层法制备氢化丁腈橡胶（HNBR）/有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料,有机蒙脱土（OMMT）的用量分别为0份,5份,10份,15份,20份.考察OMMT的用量对其力学性能、烧蚀性能的影响,并分析了该纳米复合材料烧蚀炭层的微观形貌及成分.发现有机蒙脱土在一定含量范围（0～ 15phr）内具有一定的补强作用,其含量过多（20 phr）时反而不利于强度和伸长率的提高;试验范围内,随其含量增加,材料的扯断永久变形和硬度依次增大,回弹性降低,线烧蚀率和质量烧蚀率大致呈下降趋势;熔融机械混炼使蒙脱土的片层间距发生变化,烧蚀后蒙脱土的片层结构完全被破坏;复合材料烧蚀后形成炭层的正面和反面结构差别明显.

有机化蒙脱土改性聚合物基纳米复合材料的研究进展

有机改性后的蒙脱土,其层间距增大,具有独特的一维纳米层状结构,改善了其与聚合物的相容性,有利于在聚合物中的分散,显著地提高纳米复合材料的力学性能、热稳定性、阻隔性、阻燃性等性能。对蒙脱土的5大类有机插层剂进行了综述,分析了不同插层剂对蒙脱土及蒙脱土/聚合物纳米复合材料的影响。