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超细SiO_2表面改性及其性能研究

作　者: 富亮
导　师: 翁履谦；曹海琳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 超细粉体 SiO2 表面改性流变性能
分类号: TB383.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超细SiO₂/聚乙二醇（PEG200）分散体系具有剪切变稀-增稠的流变现象,在新型软体装甲材料中具有巨大的应用潜力。分散体系的流变性能很大程度上取决于SiO₂颗粒的表面性质,本文旨在研究超细SiO₂表面改性对其分散体系流变性能的影响,为其应用提供实验依据。本文采用自制的实验系统,以正硅酸乙酯（TEOS）为原料,在氨（NH3·H2O）催化条件下,于醇水体系中制备了D50粒径在350nm的超细SiO₂,并用多种改性剂对制得的SiO₂进行原位改性,以改性后的SiO₂为分散相制备分散体系,研究改性对SiO₂分散体系流变性能的影响。采用激光粒度分析仪、扫描电镜（SEM）、接触角测量仪、热分析仪及吸附试验对改性SiO₂进行表征。发现改性实现了对粒子表面性质的改变,其中键价类改性剂即KH540、TPM、WD-10改性的SiO₂,其分散性及疏水性随改性剂极性成分降低依次增加,说明极性组分会使粒子间作用力加强,不利于分散。位阻类改性剂即PEG400、PEG2000、PEG6000改性后的SiO₂,其分散性随改性剂分子链增长依次下降,疏水性依次增加。说明长链分子会使粒子缠绕在一起,这一方面使分散性下降,另一方面使得粒子表面表现出非极性憎水性。用球磨法将改性SiO₂与PEG200配成分散体系,用旋转流变仪对分散体系静、动态流变性能进行测试。从静态流变测试看,键价类改性剂处理的SiO₂粉体,随官能团极性降低,分散体系中SiO₂分散性变好,与分散介质的作用点增多,分散体系粘度增大;SiO₂表面连接改性剂所携带官能团极性越强,与分散介质作用越强,分散体系粘度越大;另外SiO₂分散性差时,大粒子之间摩擦作用大,网状结构对粒子阻碍强,粘度越大。对于PEG处理的SiO₂,连接到SiO₂表面的改性剂分子越长,与分散介质缠绕作用越强,粘度越大。分散体系中SiO₂分散性越好,分布越宽,与分散介质作用越小,临界点剪切速率越大。从动态流变测试看,储能模量大小及在剪切中的变化受分散体系中网状结构及其变化的影响。分散体系中网状结构越强,储能模量越大。耗能模量大小及在剪切过程中的变化受网状结构对粒子的阻碍及粒子相互之间的摩擦作用的主导,并与之成正方向增长。

超细SiO_2表面改性及其性能研究

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