纳米生物活性玻璃形貌与粒径控制研究

摘要：以聚乙二醇（PEG）为分散剂,采用溶胶-凝胶技术结合冷冻干燥法制备了纳米生物玻璃(NBG).研究了PEG分子量和用量对纳米生物玻璃粒径和形貌的影响.采用热重-差热分析确定了纳米生物玻璃的烧结温度,并利用FTIR,TEM和XRD对其进行了表征.热重-差热分析结果表明：NBG的烧结温度为650 ℃,烧结后得到的生物玻璃为非晶态的.采用PEG-200制备的NBG为微米级颗粒,PEG-10 000制备的NBG粒径为50~80 nm,形状为空心球状;PEG-20 000制备的NBG,其形状为长条形的纳米棒(10×100 nm).随着PEG浓度的增加,其粒径愈小.     

纳米TiO_2改性聚氨酯弹性体的制备及性质

以溶胶凝胶法制备纳米TiO2并对其表面改性,采用预聚法合成聚氨酯(PU)/TiO2复合材料。经X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析TiO2的晶体结构及表面形貌,表明所制备的TiO2为锐钛矿型结构,粒径均匀在13 nm左右。对添加纳米TiO2的聚氨酯材料的力学和耐热性能进行检测和表征,结果表明:TiO2在聚氨酯基体中均匀分布,PU/TiO2复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度等较单一聚氨酯弹性体分别提高40.3%、54.2%及11.6%,复合材料的维卡软化温度较基体提高12℃。     

聚碳酸亚丙酯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备与性能

通过熔融插层法制备了聚碳酸亚丙酯(PPC)/有机蒙脱土(OMMT)复合材料。XRD分析表明:PPC/OMMT复合材料形成了插层型纳米复合结构。相对于纯PPC材料,纳米复合材料的拉伸性能和抗冲击性能得到了显著提高,但复合材料的断裂伸长率降低。当OMMT含量为6%时,PPC/OMMT纳米复合材料具有最优的力学性能和最高的玻璃化温度。     

有机黏土/聚脲纳米复合材料的制备及性能研究

采用高速匀质剪切法和加热膨胀法制备有机黏土/聚脲纳米复合材料.实验结果表明,高速匀质剪切法和加热膨胀法能有效促进黏土与聚脲单组分的插层反应;OREC可提高聚脲材料的热分解性能和拉伸强度,当OREC的添加量为5wt%时,复合材料拉伸强度增幅为72.9%;当OREC的含量为4.2wt%时,复合材料的断裂伸长率增幅为24.33%.     

轮胎胶应力诱导脱硫及再硫化材料的力学性能

采用在熔融挤出过程中提高双螺杆挤出机螺杆转速的高剪切应力诱导方法,研究了双螺杆挤出机的螺杆转速、挤出反应温度和添加线性高分子材料品种对轮胎胶脱硫共混物(DGTR/EPDM)的凝胶含量、溶液特性黏数、溶胶分子链结构及再硫化材料力学性能的影响.结果表明:随着双螺杆挤出机螺杆转速的增加,强烈的剪切应力作用可引起轮胎胶粉中交联网络的断裂、降解反应,引起产物凝胶含量和溶胶特性黏数的明显下降;挤出反应温度越高,轮胎胶中交联网络的断裂、降解反应即越明显,产物凝胶含量和溶胶特性黏数的下降即越显著.采用具有较高门尼黏度的热塑性弹性体作为溶胀剂和承载流体时,可获得具有较高相对分子质量的脱硫共混物溶胶和较好力学性能的脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料.在220 ℃和1 200 r/min的脱硫反应条件下,所得脱硫共混物共混丁苯橡胶再硫化材料的拉伸强度和断裂伸长率分别达到21.0 MPa和456%,分别达到丁苯生胶混炼胶硫化材料拉伸强度和断裂伸长率的87.5%和128%.     

羟基化碳纳米管/聚己内酯复合材料的结构和力学性能!

将羟基化多壁碳纳米管在超声波作用下均匀分散于己内酯单体中,通过原位微波辅助开环聚合的方法制备了聚己内酯/羟基化多壁碳纳米管复合材料.羟基化多壁碳纳米管的引入明显提高了聚己内酯材料的强度和模量,但是断裂伸长率却随着羟基化多壁碳纳米管含量的增加而持续降低.羟基化多壁碳纳米管的质量分数为0.5%时,纳米复合材料的拉伸强度和杨氏模量可提高至纯聚己内酯材料的2倍.利用扫描电镜、X线衍射、红外光谱和示差扫描量热分析揭示了纳米复合材料断裂形貌、结晶情况和热性质,进而探讨了羟基化多壁碳纳米管对提高力学性能的作用机制.     

PET/SiO_2纳米复合材料的力学性能和结晶性能研究

采用熔融共混法,将纳米二氧化硅(SiO2)添加到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中,制备出PET/SiO2纳米复合材料,并对其力学和结晶性能进行研究。结果表明,添加微量纳米SiO2能显著提高PET材料的力学性能,纳米SiO2添加量为0.2质量份数时,纳米SiO2在PET基体中分散均匀,复合材料综合力学性能最佳,与纯PET相比,PET/SiO2纳米复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量分别提高了18%,20%,11%,14%;随着纳米SiO2添加量的增加,PET/SiO2纳米复合材料的结晶度和结晶温度有明显的提高。     

纳米SiO_2/聚己内酯(PCL)/聚丁二酸丁二醇酯-聚己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)复合材料的力学及流变性能

用熔融共混法制备纳米SiO2/聚己内酯(PCL)/聚丁二酸丁二醇酯-聚己二酸丁二醇酯共聚物(PBSA)复合材料,利用红外光谱仪、扫描电镜、万能拉力机及流变分析仪等,研究改性纳米SiO2的加入对复合材料体系的力学及流变性能的影响。研究结果表明:钛酸酯偶联剂与纳米SiO2发生强烈的键合作用,使得纳米SiO2能较好分散在基体中。当SiO2的质量分数为2%时,PCL/PBSA/纳米SiO2复合材料的缺口冲击性能有明显提高,此后随着改性纳米SiO2含量的提高,其断裂伸长率和拉伸强度呈下降趋势;熔融状态下,复合材料体系剪切储能模量(G′)和损耗模量(G″)随着频率的增大呈单增趋势,复合材料体系的黏度随剪切速率的增大而减小,属假塑性流体;少量的改性纳米SiO2可以均匀分散在PCL/PBSA基体树脂中,并能显著提高复合体系的韧性,但当加入量过多时,容易发生团聚现象,并使得冲击强度、断裂伸长率等性能降低。     

SBS/蒙脱土纳米复合材料的研制

分别采用溶液插层法和熔融插层法制备苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物/蒙脱土纳米复合材料.采用X射线衍射和红外光谱仪对材料的结构进行表征,并对产品的力学性能和耐热性能进行分析.结果表明,添加有机蒙脱土(OMMT)对于所有复合材料均产生增强效果,拉伸强度、断裂伸长率增加50%左右,耐热性能有所增强.     

PLA/热塑性淀粉和PLA/亚麻纤维可降解复合材料的性能研究

使用熔融共混方法,制备了PLA/热塑性淀粉(PLA/TPS)和PLA/亚麻纤维(PLA/FF)复合材料.研究结果表明,随着热塑性淀粉或者亚麻纤维用量的增加,PLA复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都有所降低;而PLA的结晶速率呈现显著增大,并且晶粒细化;添加热塑性淀粉或者亚麻纤维,能够增加PLA复合材料的降解速率.     

生物可降解性聚碳酸亚丙酯/有机蒙脱土纳米复合材料的热氧老化

通过熔融插层法制备了聚碳酸亚丙酯(PPC)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料。研究了OMMT对PPC/OM-MT纳米复合材料热氧老化的影响。结果表明,老化以后复合材料的拉伸强度以及断裂伸长率的保留率均高于纯PPC。加入OMMT后,复合材料的热老化性能明显改善。     

微/纳米无机颗粒对聚氨酯-环氧树脂基复合材料性能的影响

通过机械搅拌混合法制备了微/纳米无机颗粒改性的聚氨酯-环氧树脂复合材料,研究了颗粒组成和含量对复合材料力学和热稳定性的影响,进而探讨了所得复合材料的强韧化机理.结果表明:相比微米颗粒,纳米颗粒的加入能显著提高复合材料的层间剪切强度和拉伸强度,降低层间剪切模量,同时改变材料的断裂方式.当纳米SiC颗粒的添加量(质量分数)为2%时,所得复合材料的层间剪切强度和拉伸强度分别为44.7 MPa和56.56MPa,相比添加前提高约88%和74%,所得复合材料不同失重率下对应的温度较添加前提高了4~8℃.纳米颗粒弥散强化和钝化银纹扩展是复合材料主要的强韧化机理.     

改性木质素/PBAT复合材料的制备及其性能

以聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)为基材,以木质素磺酸(LS)及其与马来酸酐(MA)的接枝产物(MLS)为填料,通过熔融共混法分别制备了LS/PBAT和MLS/PBAT两种复合材料。利用FT-IR,TG,DSC,SEM和电子万能试验机对所制备复合材料进行了表征与测试。结果表明,与未改性的LS相比,MLS在与PBAT共混时具有更好分散性、相容性及热稳定性。随着MLS含量的增加,MLS/PBAT的初始分解温度T0有小幅降低,最大分解速率温度Tmax保持不变,熔融结晶温度Tc先上升后下降,复合材料拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小。综合填充量和力学性能考虑,最佳配比为:mMLS/mPBAT=10/90,此时拉伸强度增大10.0%,断裂伸长率提高29.1%。     

聚碳酸亚丙酯／有机蒙脱土纳米复合材料的制备与性能

通过熔融插层法制备了聚碳酸亚丙酯（PPC）／有机蒙脱土（OMMT）复合材料。XRD分析表明：PPC／OMMT复合材料形成了插层型纳米复合结构。相对于纯PPC材料，纳米复合材料的拉伸性能和抗冲击性能得到了显著提高，但复合材料的断裂伸长率降低。当OMMT含量为6％时，PPC／OMMT纳米复合材料具有最优的力学性能和最高的玻璃化温度。     

纳米凹凸棒对聚乳酸结晶行为的影响

采用熔融共混法制备了不同凹凸棒(Attapulgite,AT)含量的聚乳酸(PLA)/AT纳米复合材料.通过DSC研究了AT对PLA结晶行为的影响.结果显示,少量AT(≤3%)的加入使得PLA的冷结晶温度升高、高温熔融峰焓值下降,表明少量AT对PLA的结晶有抑制作用.当AT含量增加时(≥8%),PLA的冷结晶温度逐渐降低、高温熔融峰焓值逐渐增加,表明AT具有促进PLA结晶的能力.材料中,AT含量对PLA结晶能力有极大的影响.在379K进行等温结晶时,PLA的半结晶时间(t_(1/2))为4.47min;添加1%AT时,t_(1/2)增至5.63 min;而当添加8%AT时,t_(1/2)降低至3.98 min.同时,AT的加入使得PLA的结晶活化能E明显降低.在368~398K范围内,对PLA/AT纳米复合材料的熔体等温结晶动力学过程进行了分析.计算得到Avrami指数n为2.34~2.42,表明PLA主要以球晶形式生长.     

纳米SiO_2/MC尼龙复合材料的制备与性能研究

本文采用原位聚合法制备纳米SiO_2/MC尼龙复合材料,并对纳米SiO_2在MC尼龙基体中的分散问题进行了探究.通过多种分析测试手段得出,经过表面改性的纳米SiO_2在基体中能够得到较好的分散,适量加入能够提升MC尼龙复合材料的强度、韧性和热稳定性.其中,加入疏水型纳米SiO_2,质量分数为0.3%时,拉伸强度提高了13.6%,弯曲强度提高了16.2%,缺口冲击强度增加了32.0%,断裂伸长率增加了31.0%.加入KH-560处理过的纳米SiO_2,质量分数为0.3%时,拉伸强度提高了16.8%,弯曲强度提高了14.4%,缺口冲击强度增加了39.0%,断裂伸长率增加了32.3%.     

纳米二氧化钛材料的制备与性能研究

分别用溶胶-凝胶法与水热合成法制备了纳米二氧化钛.水热合成法与溶胶-凝胶法合成的纳米二氧化钛相比,比表面积很大,形貌比较规则;并且水热法合成的纳米二氧化钛已经出现纳米棒状结构,用自然界唯一的碱性多糖壳聚糖为模板剂合成的比表面积可以达432.36 m2/g.     

ATRP法在纳米SiO_2表面接枝PBA及其对PVC的改性研究

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)在纳米S iO2表面接枝PBA,并采用TEM及力学性能测试等手段研究了纳米S iO2及S iO2-g-PBA复合粒子的添加对聚氯乙烯(PVC)力学性能的影响.结果表明:用ATRP聚合方法有少量的PBA接枝于纳米S iO2表面;所制备的纳米复合粒子在PVC中较纳米S iO2粒子分散均匀,使纳米PVC/S iO2-g-PBA纳米复合材料的拉伸强度、断裂伸长率及断裂能均明显高于PVC及PVC/S iO2复合材料.     

聚乳酸/聚环氧乙烷纳米纤维膜的结构与性能表征

采用静电纺丝方法制备了聚乳酸(PLLA)/聚环氧乙烷(PEO)纳米纤维膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)和拉伸测试,对PLLA/PEO纳米纤维膜的形貌、结构、结晶行为和力学性能进行了表征,探究了PEO的质量分数对PLLA/PEO纳米纤维膜的结构、结晶行为和力学性能的影响。结果表明,PEO的加入,降低了PLLA/PEO纳米纤维膜的平均直径和直径分布宽度,提高了纤维的结晶速度、结晶度及断裂伸长率;PEO分子可提高聚乳酸分子链的运动能力和降低纤维的取向度,从而降低因取向引起的中间相含量,提高结晶相含量,进而改善聚乳酸纤维的结晶性能和韧性。     

不同改性方法对竹塑复合材料拉伸性能的影响

研究了纳米碳酸钙浸渍改性对单根竹纤维表面碳酸钙附着情况、拉伸性能以及竹纤维/聚丙烯复合材料拉伸性能的影响,并将改性效果与纳米碳酸钙原位沉积改性进行对比。结果表明,纳米碳酸钙浸渍改性可以使碳酸钙颗粒均匀填充竹纤维表面微孔、褶皱等缺陷部位,附着的碳酸钙颗粒粒径均匀,分散性较好,附着量达到21.39%。经浸渍改性的单根竹纤维力学性能有所提高,拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别提高了15.98%、22.15%和5.21%,但提高幅度低于原位沉积改性。分别将纳米碳酸钙浸渍、原位沉积改性竹纤维与聚丙烯薄膜制成竹塑复合材料,通过断面形貌观察发现两种改性方法均可改善竹纤维与聚丙烯的界面结合性能,复合材料拉伸性能相应提高,浸渍改性使复合材料拉伸强度和弹性模量分别提高了6.95%和15.80%,原位沉积改性分别提高18.68%和25.41%。虽然浸渍改性效果低于原位沉积改性,但工艺更简单。