改性4A沸石/高分子复合材料的性能研究
发布时间：2021-01-01 01:27
4A沸石（ZEO）是一种人工合成的无机材料,具有规则的孔道结构。4A沸石作为无机材料可填充到高分子中制备复合材料,但其表面拥有大量羟基在聚合物中易发生团聚,很大程度上限制了其在高分子材料中的应用。因此,为制备新型复合材料对4A沸石的表面改性尤为重要。本文使用两种实验室自制的偶联剂（硅烷偶联剂A和铝酸酯偶联剂B）对4A沸石偶联剂改性得到ZEO-A和ZEO-B;使用丙烯酸酯类（丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯）和苯乙烯对4A沸石接枝改性得到BAS-g-ZEO。进行红外光谱（FTIR）、热重（TG）、X射线衍射（XRD）、粒径、接触角、活化度、吸油值、粘度等测试,结果表明接枝改性4A沸石的效果优于偶联剂改性;硅烷偶联剂A的改性效果优于铝酸酯偶联剂B。将改性前后的4A沸石填充到溶聚丁苯橡胶（SSBR）中制备复合材料ZEO/SSBR、ZEO/SSBR-A、ZEO/SSBR-B、BAS-g-ZEO/SSBR并进行硫化性能、力学性能、耐热氧老化性能、橡胶加工分析（RPA）、扫描电镜（SEM）测试。结果表明4份4A沸石在SSBR中的分散最好,复合材料的硫化速率最快、力学性能最好;填充24
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A沸石的基本骨架Figure1-1Basicskeletonof4Azeolite
换能力强的4A沸石，同时这种低温合成有利于大规模工业化生产。水热合成4A沸石的原料主要是含有Si和Al的化工原料如Al(OH)3,Na2SiO3和NaAlO2[12]。先将原料按照一定比例配制成反应混合物，在夹套反应釜中进行合成，结晶的4A沸石沉积于釜底，少量碱溶液留在上层。釜底的4A沸石经一系列处理后可得到成品，留在上层的母液也可回收再利用。水热合成反应工艺流程如图1-2所示。水热法合成4A沸石具有操作简单方便的特点，但受到原料颗粒的影响，导致产品的杂质较多，结晶度不高。目前，这种方法已经逐渐被熔融法和碱溶法取代。图1-2水热合成反应工艺流程Figure1-2Hydrothermalsynthesisreactionprocessflow较水热法合成的产品，熔融法可得到结晶度较高，杂质较少的4A沸石。碱溶法合成沸石虽然比水热法以及熔融法增加了过滤溶出硅铝的步骤[13]，但是合成出来的产品具有结晶度高、白度高、杂质含量低和阳离子交换容量大等特点，因而该方法具有潜在的开发价值。1.2.44A沸石的性能及应用随着合成方法的日益完善和原料来源的不断扩大，并且4A沸石具有独特的孔道结构、具有离子交换性和吸附性等，使其在污水处理、石油化工、农业、电子等方面具有广泛的用途。（1）离子交换性4A沸石不仅具有离子交换性，并且其阳离子交换容量也大。由于铝原子是三价，所以铝氧四面体中有一个氧原子的价电子没有得到中和，从而使整个铝氧四面体存在一个负电荷。因此沸石的铝/硅原子比越大，其阳离子交换容量越大[14]。利用这一特性可用于污水处理，洗涤助剂等领域。在4A沸石的空腔（孔穴）中，K+、Na+等阳离子和水分子与骨架结合得不紧，极易与周围水溶液里的阳离子发
改性4A沸石/高分子复合材料的性能研究14图1-9无机填料的表面改性方法Figure1-9Surfacemodificationofinorganicfillers（1）物理法不使用改性剂而是通过物理方式对填料进行改性的方法，增加填料表面凹凸度，从而增加填料的比表面积。如物理包覆、高能辐射和等离子体改性等。ZhangR等[31]制备了以高岭土纳米管为骨架，中间插入磁性纳米颗粒包覆聚（多巴胺+3-氨基丙基三乙氧基硅烷）衍生物层的多功能填料（HNTs）。然后通过调整HNTs的比例来制备获得具有高亲水性的聚偏氯乙烯（PVDF）膜。韦伟等[32]通过电子束辐射对氧化铝填充的硅橡胶复合材料进行改性，结果发现导热氧化铝在复合材料中有着良好的分散性并提高了硅橡胶导热率。冯媛媛[33]将玻璃纤维低温等离子处理，不仅提高了玻璃纤维对环氧树脂等有机胶黏剂的结合，同时等离子的表面刻蚀作用也改变了玻璃纤维的表面形貌进而提升了复合材料的电气性能。（2）化学法使用含有特殊基团的化学改性剂对无机填料进行表面处理，将填料的亲水基团变成疏水基团改善团聚等问题。并且经化学改性剂的加入，可使无机填料与聚合物有良好的结合性，提高复合材料的性能。化学法包括包裹法、沉淀法、局部化学方应法等。Okhrimenko等[34]使用硅烷偶联剂APS对硅铝酸盐类无机填料进行表面处理提升其在聚合物中的附着力和稳定性，使聚合物的性能得到提升。ChenL等[35]通过氯原子与硅烷羟基反应，将一种高反应性的硫化物（一氯化硫）化学负载到二氧化硅表面，得到一种新型硫化剂（silica-s-S2Cl2）。使二氧化
【参考文献】：
期刊论文
[1]近年硅烷偶联剂在聚合物改性中的研究进展及应用[J]. 王雅珍,张雪泽,狄语韬. 化工新型材料. 2018(11)
[2]沸石/天然橡胶复合材料的制备及其性能研究[J]. 王志伟,杨凤,康海澜,王娜,方庆红. 弹性体. 2018(04)
[3]4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的制备及性能研究[J]. 张东旭,王海博,田瓅,张艳丽,王凯,李春丽,邱广明,田瑞. 膜科学与技术. 2018(03)
[4]聚合物基纳米复合材料的制备研究进展[J]. 张蒙,徐阳. 化工新型材料. 2018(03)
[5]硅烷偶联剂A171湿法改性白炭黑及其应用[J]. 高中飞,王明贺,陈南飞,卢爱平,郭登峰. 现代化工. 2018(02)
[6]沸石粉填料对三元乙丙橡胶吸声性能的影响[J]. 王坤. 轻纺工业与技术. 2016(05)
[7]无机填料改性及其在高分子材料中的应用[J]. 何维娟,邱祖民,郑楠. 化工新型材料. 2015(08)
[8]排胶温度对加工助剂在半钢子午胎胎面胶中应用的影响[J]. 房师涛,吕婧,赵菲. 弹性体. 2015(02)
[9]改性分子筛/顺丁橡胶复合材料的制备及性能研究[J]. 曾安然,李大刚. 黎明职业大学学报. 2015(01)
[10]硅烷偶联剂在橡胶复合材料中的研究进展[J]. 彭占杰,崔杰,韩丙凯,宗成中. 特种橡胶制品. 2014(06)
博士论文
[1]聚合物/分子筛复合材料的结构与性能研究[D]. 吕志平.太原理工大学 2009
硕士论文
[1]等离子体改性玻璃纤维增强的环氧树脂电气性能研究[D]. 冯媛媛.西安理工大学 2017
[2]滑石粉、硅藻土改性PP复合材料的性能研究[D]. 潘巍.北京化工大学 2016
[3]改性白炭黑的表面性质对丁苯橡胶补强性能影响的研究[D]. 吴广照.华南理工大学 2015
[4]聚丙烯/改性沸石复合材料的研究[D]. 张森.大连工业大学 2009
本文编号：2950680
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A沸石的基本骨架Figure1-1Basicskeletonof4Azeolite
换能力强的4A沸石，同时这种低温合成有利于大规模工业化生产。水热合成4A沸石的原料主要是含有Si和Al的化工原料如Al(OH)3,Na2SiO3和NaAlO2[12]。先将原料按照一定比例配制成反应混合物，在夹套反应釜中进行合成，结晶的4A沸石沉积于釜底，少量碱溶液留在上层。釜底的4A沸石经一系列处理后可得到成品，留在上层的母液也可回收再利用。水热合成反应工艺流程如图1-2所示。水热法合成4A沸石具有操作简单方便的特点，但受到原料颗粒的影响，导致产品的杂质较多，结晶度不高。目前，这种方法已经逐渐被熔融法和碱溶法取代。图1-2水热合成反应工艺流程Figure1-2Hydrothermalsynthesisreactionprocessflow较水热法合成的产品，熔融法可得到结晶度较高，杂质较少的4A沸石。碱溶法合成沸石虽然比水热法以及熔融法增加了过滤溶出硅铝的步骤[13]，但是合成出来的产品具有结晶度高、白度高、杂质含量低和阳离子交换容量大等特点，因而该方法具有潜在的开发价值。1.2.44A沸石的性能及应用随着合成方法的日益完善和原料来源的不断扩大，并且4A沸石具有独特的孔道结构、具有离子交换性和吸附性等，使其在污水处理、石油化工、农业、电子等方面具有广泛的用途。（1）离子交换性4A沸石不仅具有离子交换性，并且其阳离子交换容量也大。由于铝原子是三价，所以铝氧四面体中有一个氧原子的价电子没有得到中和，从而使整个铝氧四面体存在一个负电荷。因此沸石的铝/硅原子比越大，其阳离子交换容量越大[14]。利用这一特性可用于污水处理，洗涤助剂等领域。在4A沸石的空腔（孔穴）中，K+、Na+等阳离子和水分子与骨架结合得不紧，极易与周围水溶液里的阳离子发
改性4A沸石/高分子复合材料的性能研究14图1-9无机填料的表面改性方法Figure1-9Surfacemodificationofinorganicfillers（1）物理法不使用改性剂而是通过物理方式对填料进行改性的方法，增加填料表面凹凸度，从而增加填料的比表面积。如物理包覆、高能辐射和等离子体改性等。ZhangR等[31]制备了以高岭土纳米管为骨架，中间插入磁性纳米颗粒包覆聚（多巴胺+3-氨基丙基三乙氧基硅烷）衍生物层的多功能填料（HNTs）。然后通过调整HNTs的比例来制备获得具有高亲水性的聚偏氯乙烯（PVDF）膜。韦伟等[32]通过电子束辐射对氧化铝填充的硅橡胶复合材料进行改性，结果发现导热氧化铝在复合材料中有着良好的分散性并提高了硅橡胶导热率。冯媛媛[33]将玻璃纤维低温等离子处理，不仅提高了玻璃纤维对环氧树脂等有机胶黏剂的结合，同时等离子的表面刻蚀作用也改变了玻璃纤维的表面形貌进而提升了复合材料的电气性能。（2）化学法使用含有特殊基团的化学改性剂对无机填料进行表面处理，将填料的亲水基团变成疏水基团改善团聚等问题。并且经化学改性剂的加入，可使无机填料与聚合物有良好的结合性，提高复合材料的性能。化学法包括包裹法、沉淀法、局部化学方应法等。Okhrimenko等[34]使用硅烷偶联剂APS对硅铝酸盐类无机填料进行表面处理提升其在聚合物中的附着力和稳定性，使聚合物的性能得到提升。ChenL等[35]通过氯原子与硅烷羟基反应，将一种高反应性的硫化物（一氯化硫）化学负载到二氧化硅表面，得到一种新型硫化剂（silica-s-S2Cl2）。使二氧化
【参考文献】：
期刊论文
[1]近年硅烷偶联剂在聚合物改性中的研究进展及应用[J]. 王雅珍,张雪泽,狄语韬. 化工新型材料. 2018(11)
[2]沸石/天然橡胶复合材料的制备及其性能研究[J]. 王志伟,杨凤,康海澜,王娜,方庆红. 弹性体. 2018(04)
[3]4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的制备及性能研究[J]. 张东旭,王海博,田瓅,张艳丽,王凯,李春丽,邱广明,田瑞. 膜科学与技术. 2018(03)
[4]聚合物基纳米复合材料的制备研究进展[J]. 张蒙,徐阳. 化工新型材料. 2018(03)
[5]硅烷偶联剂A171湿法改性白炭黑及其应用[J]. 高中飞,王明贺,陈南飞,卢爱平,郭登峰. 现代化工. 2018(02)
[6]沸石粉填料对三元乙丙橡胶吸声性能的影响[J]. 王坤. 轻纺工业与技术. 2016(05)
[7]无机填料改性及其在高分子材料中的应用[J]. 何维娟,邱祖民,郑楠. 化工新型材料. 2015(08)
[8]排胶温度对加工助剂在半钢子午胎胎面胶中应用的影响[J]. 房师涛,吕婧,赵菲. 弹性体. 2015(02)
[9]改性分子筛/顺丁橡胶复合材料的制备及性能研究[J]. 曾安然,李大刚. 黎明职业大学学报. 2015(01)
[10]硅烷偶联剂在橡胶复合材料中的研究进展[J]. 彭占杰,崔杰,韩丙凯,宗成中. 特种橡胶制品. 2014(06)
博士论文
[1]聚合物/分子筛复合材料的结构与性能研究[D]. 吕志平.太原理工大学 2009
硕士论文
[1]等离子体改性玻璃纤维增强的环氧树脂电气性能研究[D]. 冯媛媛.西安理工大学 2017
[2]滑石粉、硅藻土改性PP复合材料的性能研究[D]. 潘巍.北京化工大学 2016
[3]改性白炭黑的表面性质对丁苯橡胶补强性能影响的研究[D]. 吴广照.华南理工大学 2015
[4]聚丙烯/改性沸石复合材料的研究[D]. 张森.大连工业大学 2009
本文编号：2950680
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