不同维度的纳米粒子悬浮体系的流变学研究

发布时间：2017-09-24 05:38

  本文关键词：不同维度的纳米粒子悬浮体系的流变学研究

  更多相关文章： 纳米二氧化硅 聚苯乙烯微球 纤维素纳米晶 胶体悬浮液 流变学

【摘要】：悬浮体系广泛存在于人们的日常生活、工业生产和自然界中。近年来,由于其流变性能与工业生产的联系日益紧密,因此引起了越来越多的关注。在众多的悬浮体系中,胶体悬浮液与人们的日常生活联系最为紧密,因而也是科研工作者们最为关注的研究对象。悬浮颗粒尺寸、维度以及与悬浮介质之间的相互作用的差异必然使得悬浮体系的流动与变形呈现出不同的特点,因此悬浮体系的流变行为强烈依赖于这些内部多层次的结构因素。有关这方面的研究对于胶体悬浮体系的实际应用具有重要的科学意义。因此,本文选取了尺寸、维度不同的纳米粒子如二氧化硅(Si02)、聚苯乙烯(PS)以及纤维素纳米晶(NCC)等作为分散相,通过改变悬浮介质如聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)溶液与这些纳米粒子的相互作用,考察了悬浮体系的线性和非线性粘弹性以及稳态和瞬态流变学。目的在于探究纳米粒子的维度、悬浮介质中高分子链段的柔韧性以及两者的相互作用对悬浮体系流变性能的影响。主要结论如下：(1)对于SiO2/PVA和PS微球/PVA悬浮体系：SiO2/PVA和PS微球/PVA悬浮体系有着很好的分散稳定性,纳米粒子的存在使得悬浮体系粘度上升；以SiO2悬浮体系为例,当Si02粒径为50nm,质量分数达到10%时,体系会出现剪切变稀行为；不过在相同的浓度下,体系粘度随着Si02粒径的增大出现了先增大后减小的趋势；在动态流变测试中,Si02会使悬浮体系的储能模量(G')、损耗模量(G")和复数粘度(|η*|)在整个频率范围内有所增大,不过在实验的Si02浓度范围内,悬浮体系粘弹性仍以粘性为主；只有当Si02粒径为达到350nm,质量浓度达到20%时,体系才会出现了类固态响应。对于PS微球的悬浮体系,在相同的质量浓度和粒径(150nm)下,它的粘度和剪切变稀的程度明显高于Si02悬浮体系,且前者在线性粘弹区的模量增长也明显高于后者。(2)对于NCC/PVA体系：由于氢键的作用,NCC在PVA溶液中能达到良好的分散效果,形成稳定的悬浮液。随着NCC质量浓度的增加,NCC/PVA悬浮体系的动态模量呈单调增加的趋势,且NCC在0.4-0.7wt%间即会形成逾渗网络结构；该体系在大振幅剪切(LAOS)流下出现了应变稀化和弱应变过冲行为,而在瞬态流变测试中,体系会表现出明显的应力过冲行为,且过冲水平随着剪切速率的增大逐渐增大；在所有剪切速率水平下,体系应力过冲的最大值都出现在应变水平4-5,表现出明显的应变标度性,且在长时域内存在非零残余应力行为。此外,NCC的存在能够很好地改善PVA溶液的静电纺丝性能。(3)对于NCC/CMC体系：同样由于氢键的作用,以及相似的分子结构,NCC在CMC溶液中也能达到良好的分散效果,形成稳定的悬浮液。随NCC质量浓度的增加,悬浮体系的动态模量值呈单调增加的趋势；NCC在该体系中的逾渗值为1.0-1.5wt%,高于NCC/PVA胶体悬浮体系。NCC/CMC悬浮体系的逾渗值随着温度的升高而下降。与NCC/PVA体系类似,NCC/CMC悬浮体系在瞬态应力作用下也表现出明显的过冲行为,且应力过冲同样在应变水平4-5时出现最大值,表现出应变标度性；不过在相同的剪切速率水平下,NCC/CMC悬浮体系比NCC/PVA体系有着更强的过冲响应。此外,NCC的存在可以提高CMC溶液的可纺性,溶解PVA后能够进一步拓宽CMC的纺丝加工窗口。
【关键词】：纳米二氧化硅 聚苯乙烯微球 纤维素纳米晶 胶体悬浮液 流变学
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O648.22
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-28
• 1.1 悬浮体系概述9-16
• 1.1.1 悬浮体系的分类11-12
• 1.1.2 胶体悬浮液简介12-13
• 1.1.3 胶体悬浮液的相图13-16
• 1.2 悬浮体系流变学16-26
• 1.2.1 悬浮体系粘度的影响因素17-22
• 1.2.2 悬浮体系流变学的研究进展22-26
• 1.3 论文研究意义与内容26-28
• 1.3.1 研究目的26
• 1.3.2 研究内容26-27
• 1.3.3 研究创新点27-28
• 2 纳米微球悬浮体系的流变学28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-31
• 2.2.1 实验试剂29
• 2.2.2 实验仪器29-30
• 2.2.3 实验步骤30
• 2.2.4 测试与表征30-31
• 2.3 结果与讨论31-43
• 2.3.1 SiO_2单分散微球的形貌表征31-33
• 2.3.2 PS单分散微球的形貌表征33-34
• 2.3.3 SiO_2、PS悬浮体系的稳定性测试34-35
• 2.3.4 不同粒径的SiO_2/PVA悬浮体系的流变性能35-40
• 2.3.5 SiO_2、PS悬浮体系流变性能对比40-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 纤维素纳米晶/聚乙烯醇悬浮体系的流变行为及其静电纺丝44-58
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-47
• 3.2.1 实验试剂45
• 3.2.2 实验仪器45-46
• 3.2.3 实验步骤46
• 3.2.4 测试与表征46-47
• 3.3 结果与讨论47-57
• 3.3.1 NCC的形貌表征47-48
• 3.3.2 NCC/PVA悬浮体系的AFM表征48-49
• 3.3.3 NCC/PVA悬浮体系的红外表征49
• 3.3.4 NCC/PVA悬浮体系的XRD表征49-50
• 3.3.5 NCC/PVA悬浮体系的流变行为50-54
• 3.3.6 NCC/PVA悬浮体系的静电纺丝54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 4 纤维素纳米晶/羧甲基纤维素悬浮体系的流变行为及其电纺改良58-73
• 4.1 引言58-59
• 4.2 实验部分59-61
• 4.2.1 实验试剂59
• 4.2.2 实验仪器59-60
• 4.2.3 实验步骤60
• 4.2.4 测试与表征60-61
• 4.3 结果与讨论61-72
• 4.3.1 NCC/CMC悬浮体系的AFM表征61-62
• 4.3.2 NCC/CMC悬浮体系的XRD表征62
• 4.3.3 NCC/CMC悬浮体系的流变行为62-69
• 4.3.4 NCC/CMC悬浮体系的静电纺丝69-71
• 4.3.5 NCC/CMC悬浮体系的电纺改性71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 结论73-75
• 参考文献75-86
• 攻读硕士期间取得的成果及参加的学术会议86-87
• 致谢87-88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 沈德隆,谭成侠;粉福悬浮体系流变学行为的研究[J];浙江工业大学学报;1998年02期

2 吴大诚，陈军武，徐建军，杜鹏，顾群，李玉景;三种不同基体中玻璃微球悬浮体系的流变行为[J];高分子学报;1995年05期

3 冷阳;仲苏林;吴建兰;曹新梅;曹雄飞;;高浓度农药水悬浮体系中分子长大现象的抑制和多层静电屏蔽系统的研究开发及应用[J];世界农药;2005年05期

4 麦霭平;;水性悬浮体系的工艺探讨[J];广州化工;2011年07期

5 卜小莉;黄U_良;王国平;李凤敏;折东梅;张春华;;触变性及其在农药悬浮体系中的应用前景[J];农药;2006年04期

6 张保华;路福绥;王智;;超分散剂及其在固液悬浮体系中的应用[J];世界农药;2011年06期

7 张春光;侯万国;王果庭;;关于Casson流变公式用于粘土悬浮体系参数η_∞物理意义的探讨[J];油田化学;1989年01期

8 赵鹤平,彭金璋,戴军;活化剂用量对悬浮体系电流变效应的影响[J];吉首大学学报(自然科学版);1997年02期

9 张红漫,陈国松,段鹤君,杨祝红,陆小华;分光光度法测定二氧化钛悬浮体系中甲基橙及光催化降解效果的表征[J];分析化学;2005年10期

10 陈友强;张新霓;陈沙鸥;戚凭;;3Y-TZP悬浮体系二元、三元稳定性工作区间[J];中国科学E辑:技术科学;2006年11期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 崔伟;赵瑾朝;王承哲;周兴平;解孝林;;表面处理对玻璃微珠/端羟基聚丁二烯悬浮体系流变行为的影响[A];中国化学会、中国力学学会第九届全国流变学学术会议论文摘要集[C];2008年

2 徐国敏;吉玉碧;杨照;谭红;;搅拌工艺对PVC糊悬浮体系流变性能的影响[A];中国化学会第28届学术年会第18分会场摘要集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张红漫;悬浮体系中污染物的直接测定及光催化反应[D];南京工业大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 陈阳;不同维度的纳米粒子悬浮体系的流变学研究[D];扬州大学;2016年

2 张婷;悬浮体系扩散特性的蒙特卡罗模拟[D];厦门大学;2008年

3 张新霓;α-Al_2O_3水相悬浮体系分散性及稳定性的研究[D];青岛大学;2005年

，

本文编号：909669