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纳米碳酸钙和纳米氧化铝的表面官能化改性及应用研究

作　者: 王亮
导　师: 史翎；张军营
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米碳酸钙纳米氧化铝表面官能化改性水性聚氨酯耐磨性硬度环氧树脂拉伸剪切强度
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

由于纳米粒子表面缺少相邻的原子,粒子间相互作用力大,易发生团聚。纳米粒子的分散和与聚合物的相容性是制备高性能纳米复合材料关键问题和研究热点问题。对纳米粒子进行表面改性是提高纳米粒子在聚合物中的分散和相容性的简便有效方法之一。本文选择带有特定官能团的有机物来对纳米碳酸钙和纳米氧化铝进行表面改性,以期改善它们在聚合物中分散性的同时在纳米粒子表面引入特定官能团,使改性后的纳米碳酸钙和纳米氧化铝可以与某些聚合物发生化学键合,从而显著提高纳米粒子与聚合物的界面结合程度。主要工作如下:1、采用对乙烯基苯磺酸钠（SSS）改性纳米碳酸钙,使纳米碳酸钙表面带有乙烯基。通过红外表征、沉降体积测试可以确定对乙烯基苯磺酸钠物理吸附在纳米碳酸钙表面,同时得到最佳实验条件:W_（SSS）:W_（CaCO3）=3:100、反应温度80℃、调节PH值6至7之间、反应时间2小时。2、采用对氨基苯甲酸改性纳米碳酸钙,使纳米碳酸钙表面带有氨基。通过红外表征和沉降体积测试,推断对氨基苯甲酸有可能物理吸附在纳米碳酸钙表面,同时得到最合适实验条件:W_{（对氨基苯甲酸）}:W_（CaCO3）=4:100、反应温度70℃、反应时间2小时。3、采用二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）改性纳米碳酸钙,使纳米碳酸钙表面带有乙烯基。通过X射线光电子能谱（XPS）和沉降体积测试证明了二烯丙基二甲基氯化铵吸附在纳米碳酸钙表面,同时得到最合适的实验条件:W_（DMDAAC）:W_（CaCO3）=7:100、反应温度85℃、反应时间2小时。4、采用共轭亚油酸改性纳米碳酸钙,通过X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）和热失重（TG）证实了共轭亚油酸以化学键结合在纳米碳酸钙表面使其带有共轭双键。通过分析反应物比例、反应温度和反应时间对改性后纳米碳酸钙活化度的影响确定了最佳实验条件:W_（CLA）∶W_（CaCO3）=5:100（原料配比是最重要的影响因素）;反应温度75℃左右;反应时间1小时左右。5、采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性纳米氧化铝,通过红外光谱、TG和XPS分析证实了KH550以化学键结合在纳米氧化铝表面使其带有氨基。通过沉降体积分析得到最佳实验条件:W_（KH550）:W_（Al2O3）=3:100、反应温度80℃、反应时间4小时。6、在应用研究中发现,改性后纳米氧化铝粉体的加入使水性聚氨酯漆膜的硬度有一定的增加,与未改性的纳米氧化铝相比,改性后的纳米氧化铝对水性聚氨酯漆膜的硬度提高更大。同时,纳米氧化铝粉体能较大程度地改善水性聚氨酯漆膜的耐磨性能,同未改性的纳米氧化铝粉体相比,用KH550改性后的纳米氧化铝对水性聚氨酯涂料的耐磨性提高更大。在环氧树脂拉伸剪切强度试验中发现,添加了改性后纳米氧化铝的环氧树脂拉伸剪切强度较添加了未改性纳米氧化铝的环氧树脂有不小的提高。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-17
第一章绪论  17-30
  1.1 研究背景  17
  1.2 纳米微粒的特性  17-18
  1.3 纳米微粒的表面改性  18-20
    1.3.1 表面物理吸附改性  19
    1.3.2 表面化学反应改性  19-20
  1.4 纳米粒子表面改性及应用的研究现状  20-28
    1.4.1 常用的无机纳米粒子介绍  20-22
    1.4.2 常用的表面改性剂及相关研究  22-26
    1.4.3 常用的表征测试方法  26-28
  1.5 论文的研究内容和创新成果  28-30
第二章纳米碳酸钙的表面官能化改性  30-58
  2.1 对乙烯基苯磺酸钠改性纳米碳酸钙  30-36
    2.1.1 实验部分  30-32
      2.1.1.1 实验原料与仪器设备  30-31
      2.1.1.2 实验方法  31-32
    2.1.2 结果与讨论  32-36
      2.1.2.1 作用机理分析  32-33
      2.1.2.2 沉降体积分析  33-35
      2.1.2.3 表面官能团分析  35-36
    2.1.3 结论  36
  2.2 对氨基苯甲酸改性纳米碳酸钙  36-42
    2.2.1 实验部分  36-37
      2.2.1.1 实验原料与仪器设备  37
      2.2.1.2 实验方法  37
    2.2.2 结果与讨论  37-42
      2.2.2.1 作用机理分析  37-38
      2.2.2.2 表面官能团分析  38-39
      2.2.2.3 沉降体积分析  39-42
    2.2.3 结论  42
  2.3 二烯丙基二甲基氯化铵改性纳米碳酸钙  42-47
    2.3.1 实验部分  42-43
      2.3.1.1 实验原料与仪器设备  42
      2.3.1.2 实验方法  42-43
    2.3.2 结果与讨论  43-47
      2.3.2.1 作用机理分析  43-44
      2.3.2.2 表面官能团分析  44-45
      2.3.2.3 沉降体积分析  45-47
    2.3.3 结论  47
  2.4 共轭亚油酸改性纳米碳酸钙  47-58
    2.4.1 实验部分  48-49
      2.4.1.1 实验原料与仪器设备  48
      2.4.1.2 实验方法  48
      2.4.1.3 纳米碳酸钙的表征  48-49
    2.4.2 结果与讨论  49-56
      2.4.2.1 作用机理分析  49-50
      2.4.2.2 活化度分析  50-53
      2.4.2.3 失重分析  53-54
      2.4.2.4 表面官能团和表面原子含量分析  54-56
      2.4.2.5 分散性分析  56
    2.4.3 结论  56-58
第三章纳米氧化铝的表面官能化改性及其应用  58-74
  3.1 实验部分  58-63
    3.1.1 实验原料与仪器设备  58
    3.1.2 纳米氧化铝的表面改性及表征  58-60
    3.1.3 水性聚氨酯耐磨漆膜的制备及性能测试  60-61
      3.1.3.1 水性聚氨酯漆膜的配方  60-61
      3.1.3.2 水性聚氨酯漆膜的制备  61
      3.1.3.3 水性聚氨酯漆膜性能测试  61
    3.1.4 环氧树脂黏接铝合金试样的制备及性能测试  61-63
      3.1.4.1 环氧树脂黏接铝合金试样的制备  61-62
      3.1.4.2 环氧树脂黏接拉伸强度的测试  62-63
  3.2 结果与讨论  63-72
    3.2.1 作用机理分析  63-64
    3.2.2 沉降体积分析  64-67
    3.2.3 基团分析  67
    3.2.4 表面官能团和表面原子含量分析  67-69
    3.2.5 分散性分析  69
    3.2.6 失重分析  69-70
    3.2.7 纳米氧化铝对水性聚氨酯漆膜硬度的影响  70
    3.2.8 纳米氧化铝对水性聚氨酯涂膜耐磨性的研究  70-71
    3.2.9 纳米氧化铝对环氧树脂拉伸剪切强度的影响  71-72
  3.3 本章结论  72-74
第四章结论  74-75
参考文献  75-77
致谢  77-78
研究成果及发表的学术论文  78-79
作者和导师简介  79-80
附件  80-81

纳米碳酸钙和纳米氧化铝的表面官能化改性及应用研究

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