不同維度的納米粒子懸浮體系的流變學(xué)研究.pdf

1、懸浮體系廣泛存在于人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和自然界中。近年來，由于其流變性能與工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系日益緊密，因此引起了越來越多的關(guān)注。在眾多的懸浮體系中，膠體懸浮液與人們的日常生活聯(lián)系最為緊密，因而也是科研工作者們最為關(guān)注的研究對(duì)象。懸浮顆粒尺寸、維度以及與懸浮介質(zhì)之間的相互作用的差異必然使得懸浮體系的流動(dòng)與變形呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，因此懸浮體系的流變行為強(qiáng)烈依賴于這些內(nèi)部多層次的結(jié)構(gòu)因素。有關(guān)這方面的研究對(duì)于膠體懸浮體系的實(shí)際應(yīng)用具有重要的科學(xué)

2、意義。因此，本文選取了尺寸、維度不同的納米粒子如二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(PS)以及纖維素納米晶(NCC)等作為分散相，通過改變懸浮介質(zhì)如聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)溶液與這些納米粒子的相互作用，考察了懸浮體系的線性和非線性粘彈性以及穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流變學(xué)。目的在于探究納米粒子的維度、懸浮介質(zhì)中高分子鏈段的柔韌性以及兩者的相互作用對(duì)懸浮體系流變性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)于SiO2/PVA和PS微球/PV

3、A懸浮體系:SiO2/PVA和PS微球/PVA懸浮體系有著很好的分散穩(wěn)定性，納米粒子的存在使得懸浮體系粘度上升;以SiO2懸浮體系為例，當(dāng)SiO2粒徑為50nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10％時(shí)，體系會(huì)出現(xiàn)剪切變稀行為;不過在相同的濃度下，體系粘度隨著SiO2粒徑的增大出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢(shì);在動(dòng)態(tài)流變測(cè)試中，SiO2會(huì)使懸浮體系的儲(chǔ)能模量(G')、損耗模量(G”)和復(fù)數(shù)粘度(|η*|)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)有所增大，不過在實(shí)驗(yàn)的SiO2濃度范圍內(nèi)，懸

4、浮體系粘彈性仍以粘性為主;只有當(dāng)SiO2粒徑為達(dá)到350nm，質(zhì)量濃度達(dá)到20％時(shí)，體系才會(huì)出現(xiàn)了類固態(tài)響應(yīng)。對(duì)于PS微球的懸浮體系，在相同的質(zhì)量濃度和粒徑(150nm)下，它的粘度和剪切變稀的程度明顯高于SiO2懸浮體系，且前者在線性粘彈區(qū)的模量增長也明顯高于后者。
　　(2)對(duì)于NCC/PVA體系:由于氫鍵的作用，NCC在PVA溶液中能達(dá)到良好的分散效果，形成穩(wěn)定的懸浮液。隨著NCC質(zhì)量濃度的增加，NCC/PVA懸浮體系的動(dòng)態(tài)

5、模量呈單調(diào)增加的趨勢(shì)，且NCC在0.4-0.7wt％間即會(huì)形成逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);該體系在大振幅剪切(LAOS)流下出現(xiàn)了應(yīng)變稀化和弱應(yīng)變過沖行為，而在瞬態(tài)流變測(cè)試中，體系會(huì)表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力過沖行為，且過沖水平隨著剪切速率的增大逐漸增大;在所有剪切速率水平下，體系應(yīng)力過沖的最大值都出現(xiàn)在應(yīng)變水平4-5，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變標(biāo)度性，且在長時(shí)域內(nèi)存在非零殘余應(yīng)力行為。此外，NCC的存在能夠很好地改善PVA溶液的靜電紡絲性能。
　　(3)對(duì)于NC

6、C/CMC體系:同樣由于氫鍵的作用，以及相似的分子結(jié)構(gòu)，NCC在CMC溶液中也能達(dá)到良好的分散效果，形成穩(wěn)定的懸浮液。隨NCC質(zhì)量濃度的增加，懸浮體系的動(dòng)態(tài)模量值呈單調(diào)增加的趨勢(shì);NCC在該體系中的逾滲值為1.0-1.5wt％，高于NCC/PVA膠體懸浮體系。NCC/CMC懸浮體系的逾滲值隨著溫度的升高而下降。與NCC/PVA體系類似，NCC/CMC懸浮體系在瞬態(tài)應(yīng)力作用下也表現(xiàn)出明顯的過沖行為，且應(yīng)力過沖同樣在應(yīng)變水平4-5時(shí)出現(xiàn)最大