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(guò)溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料,并對(duì)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(guó)民生活和現(xiàn)代國(guó)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(qiáng)的界面相互作用,具有比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性好等優(yōu)點(diǎn),因此,納米復(fù)合聚乙烯中含少量納米材料便能極大增強(qiáng)材料本身的性能,同時(shí)聚合物中納米材料的低含量也大大減少了無(wú)機(jī)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(guò)共沉淀法制備了尼龍6(pa6)/碳納米管(cnts)復(fù)合材料,并對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)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(qiáng)度提高了25%,繼續(xù)加大cnts用量,強(qiáng)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(duì)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(guò)對(duì)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(diǎn)、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(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

以煤炭直接液化工藝過(guò)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(guò)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(xiàn)衍射儀對(duì)產(chǎn)品的微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析;測(cè)定了材料的抗氧化性能、導(dǎo)電性能以及對(duì)n2的吸附特性。結(jié)果表明:產(chǎn)品具有對(duì)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(guò)乳液聚合的方法制備了納米金/聚苯乙烯復(fù)合粒子.通過(guò)紫外-可見(jiàn)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(xiàn)衍射(xrd)、透射電子顯微鏡(tem)和動(dòng)態(tài)光散射(dls)對(duì)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(shuō)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用單純的浸泡法時(shí)，納米管對(duì)au納米粒子的吸附在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡。在相同的吸附時(shí)間內(nèi)采用呼吸法，納米管對(duì)小粒徑的au粒子的吸附量更多一些，而對(duì)大粒徑的au粒子的吸附量并沒(méi)有明顯增加。說(shuō)明呼吸作用對(duì)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并對(duì)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(duì)基材有明顯的強(qiáng)化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)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(shí),抗拉強(qiáng)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(jī)制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強(qiáng)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(duì)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(shí)驗(yàn),通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當(dāng)長(zhǎng)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(cè)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(duì)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(chǎng)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(jiàn)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(duì)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(jī)化合物模板和無(wú)機(jī)化合物模板3方面綜述了近年來(lái)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(wú)機(jī)納米材料或有機(jī)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(diǎn).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(lái),生物模板法已成為納米材料合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).通過(guò)大量實(shí)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(duì)所涉及的機(jī)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(cè)等方面的應(yīng)用.最后,對(duì)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(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積,生長(zhǎng)納米碳管.再通過(guò)微波加熱強(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間40min.碳化條件:微波功率700w,處理時(shí)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(duì)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(qiáng)度和膠合強(qiáng)度；結(jié)果表明:鄰苯二甲酸酐乙醇溶液和h2o2乙醇溶液對(duì)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(qiáng)度和膠合強(qiáng)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(shí)；采用h2o2乙醇溶液預(yù)處理后；木塑復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為28.2mpa；膠合強(qiáng)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(qiáng)度為26.7mpa；膠合強(qiáng)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(cè)試技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,實(shí)驗(yàn)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(guò)1.0cm3/g,孔徑分布窄(2~12nm),形成的蠕蟲(chóng)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(diǎn)。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(guò)對(duì)反應(yīng)過(guò)程中電導(dǎo)率和粘度的連續(xù)監(jiān)測(cè),分析有序介孔tio2形成過(guò)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(kāi)始出現(xiàn)金紅石型晶相.有序介孔tio2形成過(guò)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(shí)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(guò)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(jí)復(fù)合孔材料。并用掃描電子顯微鏡(sem)、粉末x射線(xiàn)衍射儀(xrd)、高分辨率透射電鏡(hrtem)、n2吸附-脫附等測(cè)試手段對(duì)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(jí)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(duì)此類(lèi)復(fù)合材料的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

綜述了聚合物/碳納米管(cnt)納米復(fù)合材料3年多來(lái)(2003—2006)的研究進(jìn)展,包括其制備方法、熱穩(wěn)定性及阻燃性,重點(diǎn)是其阻燃性(釋熱速率、質(zhì)量損失速率、引燃時(shí)間、極限氧指數(shù)及ul94阻燃性等)。還詳細(xì)論述了含多層碳納米管(mwcnt)聚合物熱裂及燃燒時(shí)的成炭情況和炭層結(jié)構(gòu)及其作為復(fù)合材料阻燃劑與層狀硅酸鹽的異同。

本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管／聚酰胺6復(fù)合納米纖維長(zhǎng)絲紗的制備方法，包括如下步驟：（1）碳納米管的預(yù)處理，（2）制備紡絲液，（3）制備浴液，（4）采用靜電紡絲方法獲得初紡紗，（5）后處理：