介孔二氧化硅的結(jié)構(gòu)修飾及其橡膠復(fù)合材料的性能研究.pdf

1、介孔二氧化硅(SBA-15)的孔徑可調(diào)，表面存在的大量羥基使其具有可修飾性。并且由于SBA-15優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性、質(zhì)輕、無毒以及優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性，越來越廣泛地應(yīng)用于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域。本論文對SBA-15進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，將其和橡膠復(fù)合形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，發(fā)揮SBA-15自身量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)的同時(shí)，結(jié)構(gòu)修飾還賦予復(fù)合材料多種多樣的性能。
　　首先制備了介孔二氧化硅(SBA-15)。采用X射線衍射(XRD)、氮?dú)馕?脫附、透射電

2、鏡(TEM)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明SBA-15是具有二維六方孔道結(jié)構(gòu)的介孔材料。將SBA-15和乙烯醋酸乙烯酯橡膠(EVM)通過濕法混合，以有機(jī)過氧化物為硫化劑，制備了EVM/SBA-15復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的介電行為、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明在EVM橡膠中引入SBA-15能有效降低橡膠的介電常數(shù)，存在二氧化硅份數(shù)最佳值。SBA-15最佳添加量是4份，EVM/SBA-15的介電常數(shù)由純EVM的6.6降低到4.4，降低33％。復(fù)合

3、材料的拉伸強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性有所改善。
　　以1,3,5-三甲苯(TMB)為擴(kuò)孔劑制備了擴(kuò)孔二氧化硅(K-SBA-15)。K-SBA-15和SBA-15具有完全不同的孔道結(jié)構(gòu)，是具有泡狀孔結(jié)構(gòu)的大孔徑新型孔材料。將K-SBA-15和EVM通過濕法混合，開煉機(jī)出片，以DCP為硫化劑，制備了EVM/K-SBA-15復(fù)合材料，探索介孔二氧化硅的孔徑大小及孔道結(jié)構(gòu)對介電行為的影響。K-SBA-15更大的孔容使得復(fù)合材料的介電常數(shù)較早達(dá)到最低值

4、。K-SBA-15添加量3份，介電常數(shù)達(dá)到最低值4.7。
　　制備了乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)表面改性的介孔二氧化硅(AM-SBA-15)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)表面改性的介孔二氧化硅(KM-SBA-15)。AM-SBA-15和KM-SBA-15依舊保持著SBA-15的規(guī)整孔結(jié)構(gòu)。分別將兩種硅烷偶聯(lián)劑表面改性的介孔二氧化硅和EVM通過濕法混合，開煉機(jī)出片，以DCP為硫化劑，制備了EVM/AM-SBA-15和E

5、VM/KM-SBA-15復(fù)合材料，探索硅烷偶聯(lián)劑對介電行為的影響。對于EVM/AM-SBA-15，AM-SBA-15添加量0.5份，介電常數(shù)達(dá)到最低值4.8。對于EVM/KM-SBA-15，KM-SBA-15添加量0.5份，介電常數(shù)達(dá)到最低值5.0。復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性較純 EVM橡膠具有顯著改善。
　　利用介孔二氧化硅表面的羥基和帶有羧基的離子液體發(fā)生酯化反應(yīng)制備了離子液體功能化的介孔二氧化硅 IL-SiO2。紅外光譜和X射線光電

6、子能譜證明了接枝反應(yīng)的成功。根據(jù) EDS能譜分析，接枝離子液體的百分含量為8.9%。IL-SiO2的制備過程沒有改變介孔二氧化硅長程有序的孔道結(jié)構(gòu)。以羧基丁腈橡膠為基體，以 DCP為交聯(lián)劑，以LiTFSI為鋰鹽，添加不同份數(shù)的IL-SiO2，制備一系列復(fù)合聚合物電解質(zhì)。添加20份IL-SiO2的電解質(zhì)在25℃下的離子電導(dǎo)率達(dá)到1.5×10-5 S/cm。比不添加IL-SiO2的電解質(zhì)的電導(dǎo)率提高一個(gè)數(shù)量級。添加IL-SiO2的聚合物電解

7、質(zhì)機(jī)械性能明顯增強(qiáng)。
　　利用具有大孔徑的K-SBA-15制備了封裝離子液體的二氧化硅(IL/SiO2)。氮?dú)馕綔y試數(shù)據(jù)表明離子液體成功裝載于擴(kuò)孔的二氧化硅內(nèi)部。根據(jù)EDS能譜分析封裝IL的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是7.2%。以羧基丁腈橡膠為基體，以DCP為交聯(lián)劑，以LiTFSI為鋰鹽，添加不同份數(shù)的IL/SiO2，制備一系列復(fù)合聚合物電解質(zhì)。添加30份IL/SiO2的電解質(zhì)在25℃下離子電導(dǎo)率達(dá)到1.4×10-5 S/cm。IL/SiO2明