氮硫共掺杂多孔碳材料制备及其电容性能研究

碳材料因电化学稳定性好,被广泛用作超级电容器电极材料,但是其比电容较低,目前多通过对碳材料进行杂原子掺杂来提高其比电容。碳材料中杂原子掺杂量对其电容性能有重要影响。以静电交联的聚苯胺和聚对苯乙烯磺酸为碳材料的前驱体,其中静电交联作用可提高氮和硫元素的掺杂量,从而获得具有高比电容的多孔碳材料。当电流密度为1 A/g时,所制备碳材料的比电容为160 F/g,且具有良好的循环稳定性,而纯聚苯胺制备的碳材料比电容仅为110 F/g。

燃料电池/超级电容器复合化学电源研究进展

燃料电池是一种能量密度高而功率密度低的化学电源,超级电容器是一种能量密度低而功率密度高的新型电化学储能装置,它的特性与燃料电池相反。基于它们的互补性特征,提出了一种将燃料电池和超级电容器复合构成高能量密度和高功率密度复合化学电源的策略。此类复合化学电源能满足持续性高能量输出和脉冲性高功率输出。对基于酶生物燃料电池、直接甲醇燃料电池和氢燃料电池的复合化学电源相关报道进行阐述,并概述了不同复合化学电源的构筑方法和研究策略。

聚丙烯/超高摩尔质量聚乙烯釜压发泡材料的研究

以二氧化碳(CO_2)为发泡剂,采用釜内受限发泡的方法制备了超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)共混改性的聚丙烯(PP)发泡材料。采用旋转流变仪、示差扫描量热仪研究了UHMWPE对PP的流变特性和结晶特性的影响,还通过扫描电子显微镜、万能试验机等探究了共混体系的发泡特性与其发泡材料的静态压缩特性。结果表明,UHMWPE的加入能提高PP的熔体强度,改善其发泡特性。在UHMWPE含量为20%时,得到平均泡孔尺寸最小(8.443μm)及泡孔密度最大(10.566×10~9个/cm^3)的发泡材料;同时共混体系的静态压缩特性与其发泡特性具有直接的关系,泡孔形态更好的发泡材料对应的压缩特性也更好。

聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混改性聚乳酸(PLA)高性能全生物降解复合材料研究进展

聚乳酸(PLA)作为一种可降解、可再生的聚合物,其优异的生物相容性和高强度、高模量的力学性能引起了许多学者的关注。聚乳酸基生物复合材料自进入人们的视野以来,由于其固有的延展性差、冲击强度低,加工过程结晶速率慢,结晶度小等缺陷,严重阻碍了其发展。关于PLA的改性研究在近十年里从未间断过,主要集中在增塑改性、增强改性、增韧改性。增塑改性是指向PLA中加入乳酸低聚物、柠檬酸酯、聚乙二醇等小分子化合物,减少PLA分子链间的相互作用,改善PLA的塑性,断裂伸长率大幅度提高,但增塑剂易渗出、迁移是如今面临的一大难题;增强改性是指向PLA加入无机填料或纳米粒子(二氧化硅(SiO 2)、二氧化钛(TiO 2)、碳酸钙(CaCO 3)、滑石粉(Talc)、蒙脱土(MMT)等)引发异相成核,改善PLA的结晶性能,但无法从根本上解决材料韧性差的缺陷;增韧改性是指加入橡胶粒子或热塑性弹性体(天然橡胶(NR)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)等),虽然在一定程度上改善了PLA的韧性,但PLA的生物降解性无法保证;随着一些可降解聚酯(聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等)的产生,在不改变降解性能下,对PLA进行有效的增韧改性,是聚乳酸改性研究的主要方向和研究热点。PBAT作为一种可降解聚酯聚合物,链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性,赋予了其优异的柔韧性,与其他聚酯材料相比,这一优势是作为增韧改性PLA的最佳选择。在早期PLA/PBAT的研究过程中就发现,由于分子链段上结构的巨大差异,PBAT与PLA的相容性差导致共混物力学性能不佳。近十年里,研究者在聚合物共混改性的基础上,选择合适的第三组分对PLA/PBAT共混体系进行改性,并取得了丰硕的成果。目前,PLA/PBAT共混体系的增韧后冲击强度由纯PLA的2.3 kJ/m 2提高至61.9 kJ/m 2。本文归纳了PBAT增韧改性PLA共混体系复合材料的研究进展,分别对物理共混(无机填料或纳米粒子和物理相容剂)、反应性共混增容剂改性PLA/PBAT体系进行了介绍,分析了PLA/PBAT共混改性体系面临的问题并展望其前景,以期为制备高性能全生物降解PLA/PBAT复合材料提供参考。

PA11共混改性PLA可生物降解材料强韧化进展

生物基聚乳酸( PLA)是一种具有生物降解性和优异加工性的环境友好型塑料,具有广泛的应用前景。但是,由于 PLA 性脆韧性差,需要对 PLA 进行增韧改性。将其与柔性高分子材料共混,能够有效提高 PLA 材料的冲击强度和断裂伸长率,但同时也造成了 PLA 拉伸强度和模量大幅度下降。因此,采用高性能聚酰胺对 PLA 进行改性,得到的共混材料可以保持高韧性的同时具有较高的强度和模量。文章介绍了生物基聚酰胺 11( PA11)共混增韧 PLA 的研究成果。主要概述了通过加入无机粒子、催化剂、反应性增容剂达到细化分散相的尺寸。这些方法可以促使 2 种聚合物之间形成化学偶联提升、界面粘结的目的,从而改善 PA11 与 PLA 的界面相容性,最终实现 PLA 的增韧增强,制备可生物降解的高性能材料。

废旧橡胶制备环境友好复合材料的研究进展

随着橡胶工业的发展,橡胶制品已经广泛应用在生活的各个方面,每年产生大量的废旧橡胶制品造成废旧橡胶资源的囤积,在浪费大量可再生资源的同时也造成了环境污染。实现废旧橡胶资源的综合利用既有利于循环利用废旧橡胶资源,大力发展循环经济,又有利于解决废旧橡胶带来的环境污染问题。结合近年来废旧橡胶再利用的研究成果,综述了废旧橡胶的利用与回收,重点介绍了废胶粉与高分子化合物的共混、再生橡胶与高分子化合物的共混等,旨在为以后的研究提供参考。

机械共混法制备改性多层氧化石墨烯/天然橡胶复合材料及其性能

采用含硫硅烷偶联剂(双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物,Si69)改性多层氧化石墨烯(MGO),制备出改性多层氧化石墨烯(SMGO),并采用红外光谱、紫外光谱、扫描电镜对其进行表征分析。进一步利用机械共混法制备出SMGO/NR复合材料,研究了复合材料的力学性能、动态内耗性能,并与MGO/NR复合材料进行对比。结果表明,Si69成功接枝到MGO上;相比纯胶,当添加2phr SMGO时,复合材料的拉伸性能提高57%,tanδ值降低21.4%。

反应共混增韧全生物降解PLA/PBS复合材料

通过熔融共混法制备了一系列不同质量比的 PLA/PBS 复合材料,研究了不同比例的 PBS 对 PLA 的增韧效果,结果发现:加入 PBS 后,PLA 的断裂伸长率和冲击强度都有了明显的提高。PLA 与 PBS 的最佳配比为 80 /20,断裂伸长率高达 428. 04%,冲击强度也由纯 PLA 的1. 74 kJ/m^2上升至 3. 57 kJ/m^2。固定 PLA/PBS 的质量比为 80 /20,加入不同质量分数的相容剂苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯( ADR)研究 ADR对 PLA/PBS 复合材料增容改性的影响,结果显示: ADR的加入提高了 PLA/PBS 复合材料的相容性,从而使 PLA/PBS 复合材料的力学性能也进一步提高。当 ADR含量为 0. 75%时,其断裂伸长率最大,数值为 535. 18%。同时,PLA/PBS 复合材料的热稳定性能也更好。

聚乳酸开孔型微孔材料的制备及开孔机理

将生物可降解聚酯聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)添加到聚乳酸(PLA)基体中,利用超临界二氧化碳发泡方法,制备出孔间高度连通的高孔隙率PLA微孔发泡材料。泡孔结构测试表明,当PBAT质量分数为20%时,得到的泡孔尺寸最小(11.56μm),泡孔密度最大(11.2×10~8 cm^(-3)),开孔率高达96.2%。PBAT的加入降低了共混体系的熔体黏度,有利于提高泡孔壁连通的几率。根据实验结果,提出了PLA/PBAT共混物发泡样品开孔机理:在适当的发泡温度条件下,聚合物共混体系中熔体黏度较低的分散相随着泡孔长大而被拉伸变形直至破裂,熔体黏度较高的基体相可作为泡孔的支撑骨架而不至于塌陷。

聚乳酸木塑复合材料增韧研究进展

聚乳酸(PLA)和木粉复合而成的PLA木塑复合材料,能有效解决PLA性脆、韧性差的问题,得到韧性较好的可降解复合材料。通过添加相容剂或偶联剂提高复合材料界面相容性,同时研究木粉组分、含量、粒径,得到PLA木塑复合材料增韧改性的成果,并分析研究了改性后复合材料的结晶性能,最后展望了PLA木塑复合材料的发展前景。

铋酸钠基环境复合催化材料的制备及降解壬基酚的研究

高级氧化技术是重要的水处理技术之一。以铁掺杂NaBiO 3为基础催化剂,通过和氧化石墨烯负载,制备出一种石墨烯-铁-铋酸钠基复合催化剂(记为G-Fe-NaBiO 3)。并选取环境激素壬基酚(NP)为底物,研究了G-Fe-NaBiO 3可见光-类Fenton催化氧化降解NP的动力学过程,探究了催化剂用量、过氧化氢浓度、pH等对NP降解效果的影响。结果表示,过氧化氢为15 mmol/L,催化剂用量为0.8 g/L,pH为6,温度为25℃时,对NP的降解率高达99%。本研究可为水体中痕量有机污染物的降解提供一定的理论参考。

自制接枝聚合物增韧聚丙烯的表征

采用挤出熔融接枝方法将乙烯-辛烯共聚物(POE)、均聚聚丙烯(PPH)分别与高密度聚乙烯(HDPE)及线性低密度聚乙烯(LLDPE)三元共混制备的2种接枝共聚物(PPJZ1、PPJZ2)作为增韧剂,增韧PPH。分析了自制增韧剂PPJZ1、PPJZ2对PPH的增韧效果;采用DSC、POM、SEM等测试方法研究了PPH/PPJZ1,PPH/PPJZ2共混物的结晶行为和断面形貌。结果表明,自制接枝聚合物PPJZ1、PPJZ2均为综合性能优异的增韧剂,当增韧剂添加量达到16%时,PPH/PPJZ1、PPH/PPJZ2共混体系的常温冲击强度分别提高了160%和114%,低温冲击强度分别提高了96%和81%。同时,自制增韧剂可作为异相成核剂,细化PPH球晶粒径。接枝聚合物中的POE分子链和PP片晶、PE片晶之间形成了片晶互锁结构,该结构能显著提高PPH共混物的抗冲击性能,实现了材料脆-韧转变。

Nafion掺杂聚苯胺纳米阵列的构筑及电容性能

聚苯胺(PANI)是一种比电容很高的电容材料,但由于其容易团聚导致实际利用率不高。目前提高PANI利用率的方法主要有制备大分子掺杂PANI或构筑PANI纳米阵列结构等。文中采用化学聚合法构筑了Nafion掺杂聚苯胺纳米阵列电容材料,在苯胺浓度为10 mmol/L时所制备的复合材料PANI/Nafion-10性能最佳。PANI/Nafion-10在2 A/g的电流密度时表现出1024 F/g的比电容,纯PANI(PANI-10)比电容仅为714 F/g。

微波辅助改性海泡石补强天然橡胶的研究

采用微波辅助酸活化工艺和硅烷偶联剂KH570(简称KH570)表面修饰得到改性海泡石,将其与炭黑N550并用补强天然橡胶(NR),研究海泡石改性前后的结构变化及其与炭黑N550并用对NR复合材料性能的影响。结果表明:KH570与酸活化海泡石表面—OH反应并包覆其表面,改性海泡石的亲油接触角减小,改性海泡石与NR的相容性提高;随着改性海泡石用量的增大,改性海泡石/炭黑N550/NR复合材料的硫化时间延长,拉伸强度和拉断伸长率增大,压缩永久变形先减小后增大,耐老化性能提高,储能模量、损耗模量和损耗因子呈减小趋势;当改性海泡石/炭黑N550用量比为30/10时,改性海泡石/炭黑N550/NR复合材料的拉伸强度和拉断伸长率最大。

生物基植物油及其衍生物改性聚乳酸(PLA)的进展

聚乳酸(PLA)是一种高模量、高强度的生物可降解聚酯,具有较好的生物相容性,但是,PLA存在脆性较大、低韧性、结晶速率低等缺陷限制了其应用。增塑改性能减小分子链间的作用力,提高分子链的运动能力,改善PLA的加工流动性及脆性,其中,植物油及其衍生物是一种可再生的绿色增塑剂。主要介绍了植物油及其衍生物在改性PLA力学性能、结晶行为及加工性能中的应用,重点分析了蓖麻油、环氧大豆油等植物油作为增塑剂增塑PLA的增塑机理及效果。总结了在植物油基增塑剂增塑PLA的过程中,改善增塑剂与基体的相容性、减弱增塑剂迁移的有效方法。同时分析了植物油/填充材料复合改性PLA研究中,填料对增塑剂的增塑行为和材料力学性能的影响。

超临界二氧化碳辅助云母离子凝胶制备与表征

本试验利用超临界二氧化碳辅助使离子液体原位插层改性云母片制备云母离子凝胶复合物。采用X射线衍射(XRD)仪研究了超临界二氧化碳的压力和温度对插层的影响,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究了离子液体插层云母效果,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)仪及电化学工作站表征了复合物化学结构、热性能和电化学性能。结果表明,当超临界二氧化碳温度为60℃,压力为16 MPa时,云母的插层率达到最大值67.7%;复合物热失重温度范围为289.6~424.2℃,最大热分解速率对应的温度为384.5℃;180℃时其离子电导率为5.6 mS/cm,展现在固体电解质中的应用潜力。

熔融温度对聚偏氟乙烯等温结晶行为的影响

采用溶液浇铸法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,通过傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪表征了PVDF熔融等温结晶的晶体结构后,使用一种循环熔融—结晶技术研究了不同熔融温度对PVDF等温结晶行为的影响。结果表明,PVDF熔融冷却结晶的样品得到的是α晶型;PVDF的平衡熔点约为197℃;当熔融温度处于平衡熔点以上时,熔融温度对PVDF的等温结晶影响较小;而当熔融温度处于平衡熔点以下时,随着熔融温度的降低,PVDF球晶数量增多、尺寸变小。

结晶行为改善聚乳酸韧性的研究进展

聚乳酸作为环境友好型材料具有诸多优良性能,如良好的生物降解性、生物相容性、高模量、易于成型加工、透明性优等性能。但因其本身存在性脆、结晶性能差等缺点而限制了它的应用,所以通过对聚乳酸进行改性可有效提高其韧性。从聚乳酸结晶的角度出发,通过改变聚乳酸的结晶性能可提高聚乳酸的韧性。主要探讨了有机高分子和无机粒子在聚乳酸结晶过程中的不同作用方式对聚乳酸力学性能的影响,通过调控聚乳酸的结晶行为可达到增韧聚乳酸的目的。其中,有机合成高分子主要通过减弱分子间力来抑制结晶,通过减少缠结点使分子链段发生滑移以达到增韧目的;无机粒子通过提供成核位点促进结晶使晶粒减小来传递应力,吸收变形功,阻止裂纹扩展从而增韧聚乳酸。

无机成核剂改善聚乳酸结晶性能的研究进展

聚乳酸(PLA)是一种半结晶聚合物,结晶速率非常慢,在实际成型加工过程中几乎不结晶,这在很大程度上影响了聚乳酸的耐热性等性能,故可通过改善结晶性能来改善聚乳酸耐热性等性能。添加无机填料是改善聚乳酸结晶性能行之有效的途径。本文主要介绍了以无机填料为成核剂,将其与PLA共混制备结晶性能优良的复合材料。无机成核剂分散在聚乳酸基体中,成为成核位点,增加成核密度;分子间作用力、分子链较高的取向程度以及较高的结晶度使材料的熔融焓增大、熔融熵减小,从而改善PLA的耐热性。

环境友好型增塑剂增韧聚乳酸的最新研究进展

聚乳酸(PLA)是一种高模量、高强度的生物可降解热塑性聚酯,具有良好的生物相容性,且不污染环境,是目前最有发展前景的环保材料之一。然而,纯PLA分子链刚性大、性脆、结晶速率慢,这些缺点都极大地限制了PLA在各领域的应用。近年来,PLA的增韧研究越来越引起了研究者们的重视,增塑改性就是增韧PLA的有效方法之一。增塑能提高PLA分子链的运动能力,减小分子链间的作用力,从而改善PLA的加工流动性和脆性。但增塑剂与PLA相容性不佳,小分子增塑剂易迁移,大分子增塑剂会与PLA发生相分离。为防止PLA制品带来的危害,学者们纷纷开始研究环境友好型增塑剂对PLA的增韧效果。最近,比较热门的环境友好型增塑剂有柠檬酸酯类增塑剂、聚乙二醇(PEG)、乳酸低聚物(OLA)、植物油基增塑剂等。柠檬酸酯类增塑剂对PLA的增塑效果好,增塑后PLA的断裂伸长率增至400%,但增塑后的PLA材料变软,力学性能达不到应用要求,且柠檬酸酯类增塑剂易从PLA材料中迁出,材料最终性能将变得更差。PEG能有效增韧PLA,但PEG易与PLA发生相分离,随后,学者们将PEG接枝在PLA链上进行增塑,取得了不错的增韧效果。OLA与PLA具有相似的化学结构,且相容性较好,直链OLA增塑PLA后其延展性显著提高,但材料强度明显下降。同时,还可以利用支化OLA增塑PLA,使PLA中的结晶区域与无定形区域达到平衡来提高PLA的韧性。植物油基增塑剂可生物降解、环境友好、易于获得,且源于可再生资源,但与PLA的相容性差,易发生相分离。本文主要总结了近几年国内外学者在增韧聚乳酸方面的研究,并分别综述了柠檬酸酯类增塑剂、聚乙二醇(PEG)、乳酸低聚物(OLA)、植物油基增塑剂对PLA材料结构和性能的影响,分析了各类增塑剂增塑PLA中还存在的问题,以期为制备高透明、高性能且可生物降解的PLA材料提供参考。