纳米SiO_2-聚合物复合材料的研究进展

综述了近年来国内外纳米SiO2-聚合物复合材料的制备方法,讨论了制备方法的特点,并综述了纳米SiO2-聚合物复合材料的应用。

非离子-阴离子Bola型表面活性剂和纳米SiO2颗粒协同稳定的双重响应型O/W乳状液

合成了一种非离子-阴离子Bola型智能表面活性剂,通过pH-响应可以在非离子型CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH(pHpKa)之间转换。单独使用时,非离子型和Bola型分别表现为不良乳化剂和优良乳化剂。与纳米SiO_(2)颗粒复配使用时,非离子型能与SiO_(2)颗粒协同稳定O/W(正癸烷)型Pickering乳状液,其中表面活性剂通过氢键作用吸附到颗粒表面产生原位疏水化作用,提高了颗粒的表面活性,并且这种Pickering乳状液具有pH-和温度-双重响应性,能够通过改变pH或者温度使乳状液在稳定和破乳之间实现多次转换。另一方面,Bola型CH_(3)O(EO)5-R_(11)-COONa能够与纳米SiO_(2)颗粒协同稳定分散液包油(oil-in-dispersion)乳状液,该乳状液具有良好的耐温性,但对调节pH时产生的盐较为敏感。然而与破乳后能完全返回水相便于回收再利用的同系物CH_(3)O(EO)7-R_(11)-COOH相比,具有较短EO链的CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH无论处于非离子型还是Bola型状态仍具有相当的油溶性,破乳后不能完全返回水相,表明EO数大小对这类新型智能表面活性剂的性能有显著的影响。

纳米SiO_2/LiClO_4/PVDF-HFP复合凝胶聚合物电解质的制备及其电化学性能

为了解决液态电解质锂离子电池存在的安全性问题,以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)为基体,通过加入高氯酸锂(LiClO4)、增塑剂(碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯)、纳米二氧化硅等,制备出了具有高电导率的复合凝胶聚合物电解质。用X射线衍射仪测试聚合物电解质的结构,用交流阻抗法测定其电导率,用线性伏安扫描法研究了该聚合物电解质体系的电化学稳定性,并以其为电解质制备成锂离子电池进行充放电测试。结果表明,在20℃时复合凝胶聚合物电解质的电导率最高可达7.56×10-3S/cm,该电解质在4.6 V以下电化学窗口稳定,以其为电解质的锂离子电池具有良好的电化学性能,说明纳米SiO2/LiClO4/PVDF-HFP复合凝胶聚合物电解质能满足锂离子电池的应用。

球形纳米SiO_(2)的制备及其铝热剂的燃烧性能研究

采用溶胶-凝胶法,通过正交试验优化,制备平均粒径为120nm的球形纳米SiO_(2)。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、红外光谱仪及全自动比表面及孔隙度分析仪等手段对该纳米SiO_(2)进行了表征。将制得的纳米SiO_(2)与Al粉和纳米MnO_(2)混合,配制成零氧平衡的复合铝热剂,详细测试了该铝热剂的燃烧性能。结果表明:低温有利于颗粒粒径的控制和分散度的调整。溶液的介电常数对颗粒形成有较大影响。正硅酸乙酯和氨水的浓度与SiO_(2)颗粒大小成正比。BET数据表明,纳米SiO_(2)比表面积较大,为微孔和介孔的混合结构。SiO_(2)的粒度大小对铝热剂的燃烧时间与效率有很大影响。随着SiO_(2)粒径的减小,铝热剂的燃烧压力峰值及增压速率得到了显著的提升,这为纳米SiO_(2)在复合铝热剂中的应用提供了参考。

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO2的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响,设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO2(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO2(SP组)3组试件,对其展开疲劳后的单轴压缩试验,以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度,作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标,并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明:3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升,S组在提高混凝土强度方面表现最为明显;而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲,PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力,有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏,相当于延长了混凝土的破坏过程;而纳米SiO2则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区,提高了混凝土的抗压强度,相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。

聚合物/纳米SiO_2复合材料的研究进展

纳米SiO2 粒子具有许多新的特性 ,利用它对聚合物进行改性 ,可以得到具有特殊性能或性能更加优异的聚合物 /纳米SiO2 复合材料。介绍了纳米SiO2 特性、聚合物 /纳米SiO2 复合材料的制备方法以及我国聚合物 /纳米SiO2

二次锂电池用PVDF-HFP/SiO_2复合聚合物隔膜的研究

采用倒相法制备了二次锂电池用的聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物(PVDF-HFP/SiO2)隔膜,测定了它的吸液率、电导率、机械强度等性能,并通过扫描电镜对其形貌进行了分析。研究结果表明:PVDF-HFP/SiO2隔膜具有较高的吸液率、电导率和韧性,电解质吸收率达184.4%,室温电导率为1.20 mS/cm,断裂伸长率高达163%。利用PVDF-HFP/SiO2隔膜装配的二次锂电池的首放比容量为834.8 mAh/g,第40次的放电比容量达到400 mAh/g,循环效率达到99.8%以上,表现出良好的电化学性能。

P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)复合聚合物电解质的电化学性质

采用激光扫描共焦显微镜、X射线衍射、循环伏安和交流阻抗等方法对由聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(P(VDF-HFP))、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及纳米碳酸钙(二氧化硅)制备的几种复合聚合物电解质(CPE)膜P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)的性能进行了研究.结果表明,PMMA的加入能提高CPE的吸液率,从而增大其离子导电率.在P(VDF-HFP)与PMMA质量比为1∶1条件下制得的CPE性能最佳.用P(VDF-HFP)-PMMA为聚合物基体与纳米级SiO2、CaCO3进行复合制成的聚合物膜,无机粒子的加入没有破坏原来聚合物非晶结构;室温下CPE的电导率达到3.42 mS.cm-1;电化学稳定窗口为4.8 V.电池Li/CPE/GMS(石墨基材料)的测试证明,CPE与石墨负极有很好的相容性.聚合物电池Li/CPE(CaCO3)/LiCoO2比Li/CPE)(SiO2)/LiCoO2具有更优越的倍率放电性能.

纳米SiO_2对聚合物隔膜的影响

采用相转化法,制备了添加10%(质量比)纳米SiO2的复合聚合物隔膜和未加纳米材料的隔膜。通过XRD、DSC、FTIR和SEM等方法,对隔膜形貌和结构进行了研究,分析了隔膜孔结构形成的机理。与未加纳米材料的隔膜相比,复合隔膜具有较致密的结构,使机械性能有所改善,最大伸长率和断裂强度分别提高了16%和11%。在室温下,复合隔膜的离子电导率接近1×10-3S/cm,满足锂离子电池应用的要求。未加纳米材料的隔膜样组装的样品电池循环5次后发生短路;复合隔膜组装的样品电池的电化学性能和循环性能良好,首次充放电效率为86.6%,循环20次后仍有99.3%。

纳米SiO_2对聚合物改性水泥基材料性能的影响

将纳米SiO2掺入聚合物改性砂浆,测试其工作性、凝结时间及力学性能,利用微量热仪分析纳米SiO2对聚合物改性水泥基材料水化放热特性的影响,通过扫描电镜分析其微观结构.研究表明,掺入纳米SiO2后,聚合物改性砂浆的流动度增大,水化速度加快,凝结时间缩短;界面结构和水泥石结构得到改善,抗压强度和抗折强度均有所提高.

超支化聚合物接枝纳米SiO_2的研究进展

超支化聚合物对提高纳米粒子在聚合物中的分散性及其界面结合强度具有优异的效果,在纳米粒子的改性中得到广泛应用。本文综述了不同超支化聚合物对纳米SiO2改性的研究现状,介绍了其改性后在聚合物中的应用效果,并指出了今后超支化聚合物改性纳米SiO2的研究方向。

纳米SiO_2复合的梳状聚醚聚合物电解质的导电性能研究

于含锂盐的梳状聚醚聚合物电解质添加纳米SiO2制备复合聚合物电解质，并分别使用DSC和XRD研究SiO2对聚合物链段运动能力的影响．电导率测试表明，在相同的锂盐浓度下，加入5％的纳米SiO2后，聚合物电解质具有最高的离子电导率，30℃时为7．8×10^-5S／cm，80℃时达到4．5×10^-4／cm．与未添加SiO2的聚合物电解质相比，电导率提高了30％～60％．TGA测定给出该聚合物的热分解温度为300℃左右，显示出良好的安全性能．

纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆抗折强度研究

研究了PVA纤维和纳米SiO2单掺及复掺对地聚合物砂浆抗折和抗压强度的影响。结果表明,PVA纤维和纳米SiO2对地聚合物砂浆的抗折和抗压强度有较大影响。无论单掺还是复掺,当纳米SiO2和PVA纤维掺量逐渐增加时,抗折强度均逐渐提高,而抗压强度先提高后降低。当纳米SiO2掺量为1.0%时,PVA纤维对地聚合物砂浆增强作用的最佳掺量为0.8%;当PVA纤维掺量为0.6%时,纳米SiO2对地聚合物砂浆增强作用的最佳掺量为1.5%。

原位聚合法制备聚合物/纳米SiO_2复合材料的研究进展

纳米SiO_2改性聚合物制备的关键在于提高纳米粒子与聚合物基体的相容性及分散性;对纳米SiO_2进行不同的表面改性及选择合适的复合材料制备方法可以改变纳米粒子与聚合物基体的界面结合方式以及相容性和分散性,进而在不同程度上影响材料的性能.本文介绍了改性前后纳米SiO_2与聚合物基体的多种界面结合方式,对近年来利用原位聚合法制备聚合物/纳米SiO_2复合材料的研究现状和进展进行了综述.

烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究

用乳液聚合方法制备了烷基化纳米SiO_2/MMA孔液聚合物,用TEM、FTIR分析研究了乳液聚合物的结构。结果表明,该乳液聚合物的粒子基本呈球形,由核、壳组成,中心为SiO_2核,外围为PMMA壳,核壳之间存在化学键。在适量第三组分配合下,炕基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物能大幅度提高PC的韧性、加工流动性及耐热性。同时对其增韧机理也进行了研究。

聚合物改性纳米SiO_2表面的研究

纳米SiO2粒子被广泛用作填料来改性聚合物。但纳米SiO2粒子极易发生团聚,在有机介质中难以均匀分散,使其在许多领域的应用和发展受到限制。对纳米SiO2粒子进行表面改性处理,可以使之较好地分散到有机介质中。纳米SiO2粒子有多种表面改性方法,其中以聚合物包覆的方法效果最好。本文综述了纳米SiO2表面聚合物改性的一般方法,并对其应用前景进行了展望。

紫外光固化聚合物基SiO2纳米复合材料的研究进展

概述了紫外光固化聚酯丙烯酸酯低聚物的国内外研究进展,并从纳米SiO2微粒的分散方法方面综述了国内外纳米复合材料的制备方法,同时介绍了以纳米SiO2作为无机填料的有机-无机纳米复合材料在紫外光固化涂料中的应用情况。

纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆断裂能研究

为研究纳米SiO2和PVA纤维单掺和复掺两种情况下对地聚合物砂浆断裂性能的影响,通过预切口小梁三点弯曲试验,测得了试件的断裂能。结果表明:纳米SiO2和PVA纤维在一定用量范围内对地聚合物砂浆的抗压强度和断裂能有较大提升作用;在纤维体积掺量不大于0.8%时,PVA纤维掺量越大的试件抗压强度越高,当纤维体积掺量大于0.8%时,增大纤维掺量,试件抗压强度出现略微下降;当PVA纤维的体积掺量不超过1%时,地聚合物复合砂浆试件断裂能均随着PVA纤维掺量的增大而逐渐增加,超过1%后则随着纤维掺量的增加呈降低趋势;当纳米SiO2的掺量低于1.5%时,地聚合物砂浆和PVA纤维地聚合物砂浆试件抗压强度和断裂能均随着纳米SiO2掺量增加不断增大,而当掺量大于1.5%时随着纳米SiO2掺量的增加开始下降。

PVA纤维和纳米SiO2对地聚合物砂浆断裂性能的影响

针对72个尺寸为100mm×100mm×400mm的预切口小梁试件进行三点弯曲断裂试验,以临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能等参数为评价指标,研究了纳米SiO2质量分数或聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数对地聚合物砂浆断裂性能的影响.结果表明:在一定掺量范围内,纳米SiO2或PVA纤维的掺入可以提高地聚合物砂浆的断裂性能;PVA纤维或纳米SiO2掺入地聚合物砂浆后,能较大幅度地提高小梁试件的峰值荷载、临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能,这些断裂参数在纳米SiO2掺量或PVA纤维掺量逐渐增大时皆呈现先增大后减小的趋势,并且在PVA纤维体积分数为1.0%或纳米SiO2质量分数为1.5%的条件下达到最大值,此时小梁试件的荷载裂缝口张开位移曲线最饱满,与坐标轴之间的包络面积最大.

纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆抗压强度研究

为研究纳米SiO2和PVA纤维对地聚合物砂浆工作性和抗压强度的影响,进行了地聚合物砂浆坍落扩展度和抗压性能试验。结果表明,在一定的掺量范围内,随着纳米SiO2掺量的增加,地聚合物砂浆的坍落扩展度、立方体抗压强度、折后抗压强度和轴心抗压强度均先增大后减小,在纳米SiO2掺量为1.5%时,抗压强度达到最大值;在试验PVA纤维掺量范围内,随着PVA纤维掺量的增加,地聚合物砂浆坍落扩展度逐渐减小,地聚合物砂浆各试件抗压强度也都呈先增大后减小的趋势,当PVA纤维掺量为0.6%时,抗压强度达到最大值;同时掺加纳米SiO2和PVA纤维地聚合物砂浆各试件抗压强度比单掺纳米SiO2或PVA纤维地聚合物砂浆高。