模板法制備聚乙烯咔唑及其復(fù)合物納米管有序陣列

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料,并對其性能進(jìn)行了紅外表征,表明制得的復(fù)合材料具有良好的性能。

引言聚烯烴是國民生活和現(xiàn)代國防不可或缺的基礎(chǔ)原材料,但與abs、pc等工程塑料相比,其剛性不足,低溫脆性也較明顯,因此很難作為結(jié)構(gòu)材料使用。納米技術(shù)的出現(xiàn)為聚烯烴材料性能的提高提供了廣闊的空間[1],其中,納米復(fù)合材料中存在納米尺寸效應(yīng)、超大的比表面積以及很強的界面相互作用,具有比強度高、可設(shè)計性強、抗疲勞性好等優(yōu)點,因此,納米復(fù)合聚乙烯中含少量納米材料便能極大增強材料本身的性能,同時聚合物中納米材料的低含量也大大減少了無機載體在聚合物中的灰分,有利于聚合物材料高性能的保持,這引起了研究工作者的廣泛關(guān)注。

通過共沉淀法制備了尼龍6(pa6)/碳納米管(cnts)復(fù)合材料,并對復(fù)合材料的拉伸強度、分散和界面情況等進(jìn)行了表征。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%cnts的復(fù)合材料拉伸強度提高了25%,繼續(xù)加大cnts用量,強度有所降低。sem表明cnts在復(fù)合材料中分散良好。研究了cnts用混合酸修飾對復(fù)合材料性能的影響。raman光譜顯示,在復(fù)合材料中,cnts各特征譜峰向高波數(shù)位移。

介紹了目前制備碳納米管復(fù)合材料的主要方法,綜述了原位復(fù)合法在制備碳納米管復(fù)合材料中的應(yīng)用。通過對現(xiàn)有碳納米管復(fù)合材料原位復(fù)合技術(shù)的工藝方法、工藝特點、材料性能以及目前應(yīng)用現(xiàn)狀等幾方面的討論,展示了該制備方法在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢。

以煤炭直接液化工藝過程的副產(chǎn)物——瀝青烯為碳源,中孔硅分子篩sba-15為模板,采用模板炭化法制備了具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的中孔炭。制備過程包括利用溶劑夾帶法將瀝青烯填充到模板孔道內(nèi),炭化模板孔道內(nèi)的瀝青烯以及脫除模板等步驟。利用掃描電鏡、透射電鏡、粉末x射線衍射儀對產(chǎn)品的微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析;測定了材料的抗氧化性能、導(dǎo)電性能以及對n2的吸附特性。結(jié)果表明:產(chǎn)品具有對模板結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)復(fù)制的規(guī)則結(jié)構(gòu),其比表面積為562m2/g,孔容為0.566cm3/g,孔尺寸呈單分布,平均孔徑為3.57nm;此外,材料具有良好的抗氧化性能,空氣環(huán)境下300℃處理后樣品仍保持規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)形態(tài);其平均電阻率為0.16ω.cm左右,屬半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能范疇。

以氯金酸為前驅(qū)體,十二烷基硫醇和硼氫化鈉分別作為穩(wěn)定劑和還原劑,采用相轉(zhuǎn)移法制備了單分散的金納米粒子.將金納米粒子通過乳液聚合的方法制備了納米金/聚苯乙烯復(fù)合粒子.通過紫外-可見吸收光譜(uv-vis)研究了納米金和納米金/聚苯乙烯復(fù)合粒子的光吸收特性,使用傅立葉變換紅外光譜(ft-ir)、x射線衍射(xrd)、透射電子顯微鏡(tem)和動態(tài)光散射(dls)對產(chǎn)物的組成、晶體結(jié)構(gòu)、形貌、以及粒徑進(jìn)行了表征.結(jié)果表明,復(fù)合粒子為粒徑分布較窄的球形,其中的金納米粒子為面心立方結(jié)構(gòu).熱失重分析(tga)說明制備的納米金/聚苯乙烯復(fù)合粒子具有很好的熱穩(wěn)定性.

將檸檬酸還原法和nabh4還原法制備得不同粒徑的au納米粒子采用浸泡和呼吸兩種方法引入到納米管管壁中，制備出了具有熱敏性質(zhì)的pnipam納米管和au納米粒子的復(fù)合材料。實驗發(fā)現(xiàn)，采用單純的浸泡法時，納米管對au納米粒子的吸附在很短的時間內(nèi)達(dá)到平衡。在相同的吸附時間內(nèi)采用呼吸法，納米管對小粒徑的au粒子的吸附量更多一些，而對大粒徑的au粒子的吸附量并沒有明顯增加。說明呼吸作用對吸附粒子的粒徑具有一定的選擇性。這為制備納米粒子／聚合物納米管復(fù)合材料提供了一條方便可行的途徑。

為了制備晶粒細(xì)小、組織均勻的復(fù)合材料,提高材料的力學(xué)性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強鋁基復(fù)合材料,并對不同碳納米管含量的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、拉伸性能及斷口形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細(xì)小,碳納米管與基體之間結(jié)合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對基材有明顯的強化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分?jǐn)?shù)為7%時,抗拉強度達(dá)到201mpa,是基材的2.2倍;復(fù)合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強體斷裂為主。

用球磨法制備了碳納米管/cu復(fù)合材料粉末,采用掃描電鏡(sem)對不同工藝制備的復(fù)合粉末進(jìn)行研究。結(jié)果表明,采用兩步實驗,通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當(dāng)長度的碳管,能夠?qū)崿F(xiàn)碳管在銅基體中的有效分散。

在氬氣保護(hù)下,采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了碳納米管/az91鎂基復(fù)合材料。觀察和分析了復(fù)合材料的微觀組織,測試了其室溫力學(xué)性能,并利用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(sed)對復(fù)合材料拉伸斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。研究結(jié)果表明:該方法能有效地將碳納米管添加到鎂合金熔體中并且均勻分散;隨著碳納米管的加入,復(fù)合材料的晶粒組織得到不斷的細(xì)化,綜合力學(xué)性能得到明顯提高。

將蒙脫土的硅酸鹽晶層空間作為微反應(yīng)場所,用微波加熱先將鈉基蒙脫土轉(zhuǎn)化為鎳基蒙脫土,再引入三乙烯四胺配體,使配體與鎳離子在蒙脫土層間原位發(fā)生配位反應(yīng),制得配合物/蒙脫土納米復(fù)合體.xrd結(jié)果表明蒙脫土的層間距在引入三乙烯四胺后明顯變大.紫外可見漫反射光譜、熱分析和元素分析結(jié)果表明三乙烯四胺與ni2+離子在蒙脫土層間形成了配合物.

模板法是合成納米復(fù)合材料的一種非常重要的技術(shù),利用其空間限域作用和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用可對合成材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)和排列等進(jìn)行有效的調(diào)制。主要從生物材料模板、有機化合物模板和無機化合物模板3方面綜述了近年來模板法制備納米材料的研究進(jìn)展,展示出模板法所具有的廣闊應(yīng)用前景。

自然界中多種天然生物質(zhì)含有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的無機納米材料或有機納米材料,這些生物納米材料的幾何尺寸高度均一,且具有結(jié)構(gòu)多樣性的特點.因此,天然生物質(zhì)是制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且粒徑呈單分散分布的納米材料的理想模板.近年來,生物模板法已成為納米材料合成領(lǐng)域的研究熱點.通過大量實例較詳盡地綜述了以纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)和微生物為模板制備納米材料的研究,對所涉及的機理進(jìn)行了闡述,并討論了這些納米材料在催化、能源和檢測等方面的應(yīng)用.最后,對生物模板法制備納米材料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望.

生物模板法制備納米材料

以鈦鐵礦為原料,通過等離子體化學(xué)氣相沉積,生長納米碳管.再通過微波加熱強制碳化得到碳化鈦-納米碳管(tic-cnts)復(fù)合粉體.研究納米碳管的生長工藝和微波碳化處理工藝,得出合理的制備工藝條件:納米碳管的制備條件為微波功率600w,腔體氣壓5.5kpa,甲烷流量3.3ml·min-1,氫氣流量55ml·min-1,生長時間40min.碳化條件:微波功率700w,處理時間10min.

以聚乙烯為基體；分別與木片、木質(zhì)纖維、木質(zhì)纖維粉制備了聚乙烯基木塑復(fù)合材料；分別利用液體石蠟、甲基丙烯酸甲酯、naoh乙醇溶液、鄰苯二甲酸酐乙醇溶液、h2o2乙醇溶液對木片、木質(zhì)纖維、木質(zhì)纖維粉進(jìn)行預(yù)處理；并考察了相應(yīng)木塑復(fù)合材料的拉伸強度和膠合強度；結(jié)果表明:鄰苯二甲酸酐乙醇溶液和h2o2乙醇溶液對木材表面改性處理效果較為明顯；相應(yīng)的木塑復(fù)合材料的拉伸強度和膠合強度也更高；與木質(zhì)纖維粉和木片相比；木質(zhì)纖維與聚乙烯具有更好的相容性；當(dāng)木質(zhì)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時；采用h2o2乙醇溶液預(yù)處理后；木塑復(fù)合材料的拉伸強度為28.2mpa；膠合強度為8.68mpa；利用鄰苯二甲酸酐乙醇溶液預(yù)處理后；木塑復(fù)合材料的拉伸強度為26.7mpa；膠合強度為7.92mpa；

采用溶膠-凝膠法以異丙醇鋁為鋁源,乙醇為溶劑,非離子表面活性劑tritonx-100和三嵌段共聚物p123為復(fù)合模板劑,制備了有序介孔氧化鋁。用psd、xrd、tem等測試技術(shù)對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,實驗結(jié)果表明,合成的有序介孔氧化鋁比表面積大于500m2/g,孔容超過1.0cm3/g,孔徑分布窄(2~12nm),形成的蠕蟲狀孔道具有一定的有序性,與采用單一模板劑p123制得的介孔氧化鋁相比具有比表面積大,孔分布窄,有序性好的優(yōu)點。最佳模板劑配比為n(tritonx-100)∶n(p123)=3∶1。

在復(fù)合模板劑聚氧乙烯十二烷基醚(brij35)和聚乙二醇(peg)下,制備出有序介孔tio2.用xrd、hrtem、sem、ft-ir和n2吸附脫附等方法進(jìn)行表征;并通過對反應(yīng)過程中電導(dǎo)率和粘度的連續(xù)監(jiān)測,分析有序介孔tio2形成過程.研究表明,介孔tio2為規(guī)整的六方排列結(jié)構(gòu),在低于400℃焙燒,有序結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高,比表面積達(dá)252m2·g-1,孔徑3.4nm,晶型為銳鈦礦;經(jīng)500℃焙燒,有序介孔結(jié)構(gòu)破壞,并開始出現(xiàn)金紅石型晶相.有序介孔tio2形成過程是基于在高極性介質(zhì)中非極性的碳?xì)滏溇奂蔀槟z束,同時鈦酸丁酯(tbot)在已形成的膠束上聚集,在酸作用下不斷水解縮聚而形成有序介孔結(jié)構(gòu),有效控制水解和聚合過程是控制介孔材料結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵.

以天然植物楊木作為大孔硬模板,以嵌段共聚物p123作為介孔相軟模板成功制備出一種具有連續(xù)的骨架和相互貫通的大孔孔道,其大孔孔徑約為10μm,其孔壁為介孔相的高度有序多級復(fù)合孔材料。并用掃描電子顯微鏡(sem)、粉末x射線衍射儀(xrd)、高分辨率透射電鏡(hrtem)、n2吸附-脫附等測試手段對樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。結(jié)果表明,合成的產(chǎn)物是孔道相互貫通的多級有序復(fù)合孔硅材料。該復(fù)合孔材料在生物大分子分離、骨組織修復(fù)以及藥物緩釋等方面將具有廣泛的應(yīng)用前景。

文章主要綜述了碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備,并對此類復(fù)合材料的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

碳納米管是一種一材多能和一材多用的功能材料和結(jié)構(gòu)材料,尼龍/碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、超強的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,可望用于汽車、飛行器制造、電子機械等領(lǐng)域。對尼龍/碳納米管復(fù)合材料的制備方法、主要性能和應(yīng)用進(jìn)行綜述。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對pp/mwnt復(fù)合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復(fù)合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。