功能性胶乳海绵复合材料的制备及性能研究

发布时间：2020-09-10 20:09

　　本论文以丁苯胶乳(SBRL)和天然胶乳(NRL)为原材料,采用邓禄普(Dunlop)间歇起泡法成功制备了胶乳海绵,然后分别用石墨烯、高密度聚乙烯(HDPE)气凝胶、二氧化硅(SiO_2)气凝胶对其进行复合改性,研究了胶乳海绵复合材料的力学性能、油水分离性能、电性能和保温性能。研究内容如下:成功制备了胶乳海绵后,采用机械共混法制备了石墨烯@胶乳海绵复合材料。研究了不同石墨烯含量对胶乳海绵发泡性能、力学性能、热性能、动态力学性能和海绵泡孔结构的影响。研究结果表明随着石墨烯含量的增加,拉伸强度、撕裂强度、硬度、回弹性逐渐增加,拉断伸长率、压缩永久变形逐渐减小。同时随着石墨烯含量的增加,极限氧指数有所增加,耐热性有所提升。动态力学性能分析结果表明,石墨烯海绵压缩模量和刚度随石墨烯含量的增加而增加,能量损失减小,损耗模量增大,损耗因子减小,玻璃化转变温度有所提升。扫描电镜分析结果表明,石墨烯在胶乳海绵中有很好的分散,石墨烯的加入对胶乳海绵的泡孔结构影响不大。以胶乳海绵为骨架材料,通过热致相分离法(TIPS)制备了超疏水超亲油HDPE气凝胶/胶乳海绵,研究了不同HDPE溶胶浓度对海绵复合材料表面微观形貌、海绵表面浸润性、油水分离能力和压缩性能的影响。研究结果表明随着HDPE溶胶浓度的上升,海绵表面的接触角逐渐增加,海绵内部孔隙率逐渐下降,密度逐渐上升,吸油能力逐渐下降。当HDPE溶胶浓度达到0.01g/ml可实现超疏水性能,疏水效果好。通过对不同油品的吸油能力测试和重复吸油能力测试表明了所制备的超疏水海绵具有优异的油水分离能力。压缩变形后还能保持超疏水性能,吸附油品能够回复形变,并且超疏水性能不受影响。其后用不同浓度的石墨烯对超疏水海绵进行了改性,制备了rGO@HDPE气凝胶/胶乳海绵复合材料。结果表明石墨烯以树叶折叠状结构较为均匀的分散在HDPE气凝胶颗粒表面。随着石墨烯含量的增加,海绵的电导率逐渐上升,当石墨烯浓度为2wt.%时,海绵的导电率为0.48S/m,相比未改性前增加了9个数量级。对海绵进行一定程度的压缩或者HDPE溶胶浓度越低,电导率越高,最高可达到1.56S/m。以胶乳海绵为骨架材料,利用溶胶-凝胶法制备了SiO_2气凝胶前驱体溶液,通过简便的浸渍凝固浴的方法制备了柔性SiO_2气凝胶@胶乳海绵复合材料。确定气凝胶的最佳制备工艺后研究了不同浸渍次数对海绵复合材料表面微观形貌、力学性能和导热系数的影响。通过微观形貌分析可以看到SiO_2气凝胶逐渐堆满了胶乳海绵内部,负载率增大,孔隙率降低。由于气凝胶逐渐代替了泡孔中空气的位置,海绵复合材料的导热系数随浸渍次数的增加逐渐降低,最低可至0.038W/mK。力学性能分析结果表明SiO_2气凝胶填充后的胶乳海绵复合材料力学性能有所降低,但是赋予了SiO_2气凝胶相当高的柔韧性,拓展了应用领域。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ332
【部分图文】：

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