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EP18 碳纳米管的表面修饰及其对环氧树脂热性能的影响

EP18  碳纳米管的表面修饰及其对环氧树脂热性能的影响
EP18  碳纳米管的表面修饰及其对环氧树脂热性能的影响

第23卷 第1期中 国 塑 料Vol.23,No.1 2009年1月CHINA PLASTICS J an.,2009材料与性能

碳纳米管的表面修饰及其对环氧树脂热性能的影响

马传国,于英俊,张 鹏

(桂林电子科技大学信息材料科学与工程系,广西桂林541004)

摘 要:先后利用Fenton试剂和缩水甘油氧丙基硅烷偶联剂(KH560)对碳纳米管(CN Ts)进行表面修饰,制备了不

同种类的环氧树脂(EP)/CN Ts复合材料并对其性能进行了研究。结果表明:CN Ts经过Fenton试剂处理后,其表面

成功引入羟基,进一步用KH560修饰后成功地引入了环氧官能团。Fenton试剂的组成可以有效控制羟基基团的数

目,并进一步决定环氧官能团的数目。单独采用Fenton试剂处理或Fenton试剂和KH560共同处理都可以改善

CN Ts的分散性能,提高EP/CN Ts复合材料的玻璃化温度(T g)和热稳定性能,但后者的处理效果更好。

关 键 词:碳纳米管;表面修饰;环氧树脂;复合材料;热性能

中图分类号:TQ32315 文献标识码:B 文章编号:100129278(2009)0120018206

Surface Modif ication of C arbon N anotubes and Their Influence

on Thermal Properties of Epoxy R esin

MA Chuan2guo,YU Ying2jun,ZHAN G Peng

(Department of Informational Material Science and Engineering,Guilin University of

Electronic Technology,Guilin541004,China)

Abstract:Carbon nanot ubes(CN Ts)were surface modified first wit h Fenton reagent and t hen wit h

a glycidyl oxygen p rop yl silane coupling agent.Thus modified CN Ts were int roduced into epoxy

resins(EP),and t he properties of t he composites were investigated.It showed t hat hydroxyl and

epoxy group s were introduced onto t he surface of CN Ts by Fenton reagent t reat ment and KH560

modification,respectively.Moreover,t he component of Fenton reagent could effectively control

t he quantities of hydroxyl group s,and f urt her decide t he number of epoxy f unctional group s.The

Fenton reagent t reat ment imp roved t he dispersion of CN Ts in EP,t he glass t ransition temperat ure

and t hermal stability of EP were increased.Such imp rovement was f urt her enhanced by subsequent

modification wit h coupling agent.

K ey w ords:carbon nanot ube;surface modification;epoxy resin;composite;t hermal p roperty

CN Ts由于其独特的结构、优异的力学性能以及光、电、热等功能特性[1~5],已在许多领域应用中获得重大突破,同时也在许多高科技领域表现出更多潜在优势[6],成为纳米科学研究中的一个新热点。EP具有优异的综合性能,将CN Ts与EP复合可进一步得到高性能的复合材料,扩大EP的应用范围,但需要解决几个突出问题,如CN Ts在EP中难分散易团聚;CN Ts与

收稿日期:2008210206

广西科学基金项目(桂科青0728088)EP之间相容性较差;如何在复合材料中获得优异的界面性能等。解决上述问题最常用的方法是对CN Ts进行表面改性,如采用氧化法[7]在CN Ts的表面引入羧基、羟基等官能团使其分散性得到很好的改善。李兆敏等[8]对多壁碳纳米管(MWCN Ts)进行表面化学修饰接入羧基、胺基等官能团后,使制备的EP复合材料综合性能有很大的提高。陈宪宏等[9]发现MWCN Ts 表面成功接枝一定数量的酰胺基团后,对EP具有很好的增韧效果。采用偶联剂对纳米粒子进行表面处理也是解决上述问题的一个有效途径,目前对CN Ts进行

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偶联剂处理的研究很少[10]。对CN Ts成功进行偶联剂处理的关键在于首先在其表面引入羟基基团,也即对CN Ts实现羟基化。目前研究表明CN Ts羟基化的方法主要有混酸(如硝酸/硫酸)法[10]、羧基还原法[11]、氢氧化钠水热法[12]以及Fento n试剂法[13~15]等,其中前两种方法都会使CN Ts出现过度氧化而产生性能下降的现象,还原法具有工艺复杂、成本较高的缺点;水热法虽然能有效引入羟基且不发生过氧化现象,但对设备要求较高;Fento n试剂是由硫酸亚铁(FeSO4)和双氧水(H2O2)按不同比例组合而成的氧化剂,具有很强的氧化性,常用于污水处理,最近有研究发现其用于CN Ts的表面氧化具有较多优势,如工艺简单、成本较低,且可以通过控制试剂的组成选择性地得到羟基化或羧基化的CN Ts。含有不同有机官能团的偶联剂对改善CN Ts与EP之间的界面性能都是有效的,由于EP中含有缩水甘油官能团,显然选用缩水甘油氧丙基硅烷偶联剂更为合适。

本文首先采用Fenton试剂在CN Ts表面引入羟基,然后再用KH560对CN Ts作进一步的表面修饰,并制备了不用种类的EP/CN Ts复合材料,考察了CN Ts的分散性能、表面性质以及CN Ts对EP的热稳定性能和T g的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

MWCN Ts,直径40~60nm,长度3~15μm,纯度大于90%,成都有机化学所;

EP,E828,无锡树脂厂;

硅烷偶联剂,KH560,南京曙光化工集团有限公司;

丙酮、四乙烯五胺、硝酸、FeSO4和H2O2,分析纯,广东光华化学厂有限公司。

1.2 主要设备及仪器

超声波清洗仪,S K250H,上海科导超声仪器有限公司;

扫描电子显微镜,J SM2840,日本J EOL公司;

红外光谱仪,Tensor27,德国BRU KER公司;

差热扫描量热仪,Phoenix204,德国N ETZSC H公司;

热失重分析仪,RSZ,北京天平仪器厂。

1.3 试样制备

CN Ts的表面修饰:第一步纯化,取一定量原始CN Ts,加入一定量的稀硝酸,超声分散2h后,40℃搅拌浸泡6h,然后抽滤,蒸馏水洗涤至中性,最后将样品置于120℃干燥12h;第二步Fenton试剂处理,将纯化后的CN Ts分别用两种Fenton试剂(H2O2与FeSO4物质的量比为5∶1和10∶1)在p H=3、室温下超声处理2h,并继续反应8h,抽滤,蒸馏水洗涤至中性,最后将样品置于120℃干燥12h;第三步硅烷偶联剂处理,用KH560分别与上述不同方法处理CN Ts按质量比为1∶1混合,在95%乙醇中辅以超声波反应2h,而后在60℃恒温反应6h,抽滤,用丙酮洗去没有反应的KH560,最后样品置于80℃真空干燥12h。不同工艺处理的CN Ts见表1。

表1 不同工艺处理的CNTs

Tab.1 CN Ts treated by different processing methods

样品处理方法

CN T20未处理

CN T2NA稀硝酸

CN T2NA2C稀硝酸+KH560

CN T2F5Fenton试剂(H2O2/FeSO4=5/1)

CN T2F52C Fenton试剂(H2O2/FeSO4=5/1)+KH560

CN T2F10Fenton试剂(H2O2/FeSO4=10/1)

CN T2F102C Fenton试剂(H2O2/FeSO4=10/1)+KH560

复合材料的制备:将EP、丙酮、CN Ts按照质量比100/100/2.5在烧瓶中混合,在室温下利用超声波分散处理2h,在常压下蒸发去掉丙酮,采用减压蒸馏进一步除掉残留的丙酮和材料中的气泡,加入固化剂四乙烯五胺(EP质量的17%),真空中条件下充分搅拌后浇注到一定形状的模具中,常温固化12h,再在80℃下固化4h后制得复合材料。

1.4 性能测试与结构表征

将CN Ts借助超声波处理分散在丙酮中,取少量悬浊液滴在样品台上,待丙酮挥发后在烘箱内干燥一定时间后用SEM观察CN Ts的分散性能;

采用脆断法得到EP/CN Ts复合材料的断面,并进行表面喷金处理,用SEM观察断面形貌;

采用溴化钾压片,对CN Ts进行红外分析,扫描范围400~4000cm-1;

在氮气保护下从室温快速升温至200℃,保温10min以消除热历史,然后以10℃/min的速度降温至25℃,接着再以10℃/min的速度升温至200℃,得到DSC升温曲线;

热失重分析:空气气氛下,升温速度10℃/min,升温范围40~1000℃。

2 结果与讨论

2.1 表面修饰对CNTs分散性能的影响

从图1可以看出,未经任何处理的CN Ts在丙酮中的分散性很差,团聚现象非常严重;经过稀硝酸处理后其表面上的杂质明显变少,但并没改善CN Ts的分

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散性,这是因为稀硝酸的酸性除去了CN Ts表面上的一些金属催化剂和氧化物杂质,但其氧化性不强没有改变CN Ts的表面性质。相比而言,CN Ts经过Fen2 ton试剂和KH560处理后其表面引入了羟基基团和有机分子链,分散性能得到了显著改善,其中采用Fenton 试剂和KH560共同处理比单纯用Fenton试剂处理效果更好。值得注意的是,Fenton试剂的组成对CN Ts 的分散性有重要影响,其中H2O2/FeSO4比例为5∶1的处理效果要好于10∶1,这是因为Fenton试剂组成不同,其氧化能力不同,引入CN Ts表面的羟基数量也不相同,这会影响后续KH560的处理效果,这些推断在后面的分析中会进一步得到证实。

(a)CN T20 (b)CN T2NA (c)CN T2F5 (d)CN T2F10(e)CN T2F52C (f)CN T2F102C

图1 CN Ts在丙酮中分散的SEM图

Fig.1 SEM photos of different CN Ts dispersed in acetone

2.2 CNTs的红外分析

从图2可以看到,所有CN Ts样品在2800cm-1和2950cm-1都存在较弱的吸收峰,这是由饱和C—H 伸缩振动引起的,在文献中一般将这一特征峰归于采用化学气相沉积法制备的CN Ts表面残留的C H2和CH基团[13]。相较于其他样品,经Fenton试剂和KH560处理后的CN Ts在该处的2个特征峰显著增强,这表明KH560已成功接枝到CN Ts表面上。所有谱线在3200~3500cm-1区域出现的宽而强的吸收峰是羟基缔合引起的伸缩振动峰,不同样品的吸收峰强度有所不同,其中CN T20和CN T2NA的羟基吸收峰基本没有差别,都是由于CN Ts表面吸附水分引起的,这也表明了稀硝酸纯化处理并没有在CN Ts上引入羟基;相比之下,Fenton试剂处理后羟基吸收峰的强度显著增加,这表明Fenton试剂处理后成功引入了羟基,同时该样品在1740cm-1处没有出现羰基特征吸收峰,这证实CN Ts经过Fenton试剂处理后其表面并没有引入羧基,没有出现氧化过度现象;CN T2F52C对应的羟基吸收峰的强度较CN T2F5显著降低,这是由于KH560处理消耗了大部分羟基引起的,这也进一步证实KH560已成功接枝到CN Ts表面上。KH560与羟基化CN Ts反应原理如式(1)所示:

CH2

O CH CH2O_CH2)3Si_O CH3)3+HO-MWCN Ts

-CH3O H

O

CH CH2O_CH2)3Si

O

H3C

O

H3C

O MWCN Ts(1)

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 ? 

1—CN T20 2—CN T2NA 3—CN T2F5 4—CN T2F52C

图2 不同CN Ts的红外光谱图

Fig.2 FTIR spectra of different CN Ts

2.3 CNTs的热失重分析

从图3可以看出,样品CN T2F52C和CN T2F102C 所对应的曲线出现了一个明显的失重台阶,它们的开始失重温度大约都在250℃附近,所对应的失重率分别为9.77%和5.11%,其他曲线在此范围内没有出现失重台阶,很显然CN T2F52C和CN T2F102C的失重现象是由于接枝的KH560热降解所致。由式(1)可以看出,KH560是通过与羟基作用接枝到CN Ts表面上的,在相同条件下CN Ts表面的羟基含量越多,接枝的KH560分子越多,因此失重率可以间接反映出CN Ts 表面羟基的含量,失重率越高,羟基含量越多,反之越少。通过比较不同样品的失重率可以进一步确定,稀硝酸处理的CN Ts表面没有引入羟基,Fenton试剂处理在CN Ts表面引入了羟基,CN T2F5表面的羟基较CN T2F10的多,说明前者经KH560处理后效果最好,这一结果同上述的SEM分析及红外分析结果是一致的。关于Fenton试剂对CN Ts表面羟基数量的影响解释如下:因为Fenton试剂的氧化能力来源于其产生的羟基自由基HO?,HO?是缺电子基团,具有很高的亲电性和很强的加成反应特征[16],能够攻击CN Ts 上的不饱和化学键和缺陷位置,从而实现对CN Ts的氧化作用而在其表面引入羟基,因此Fenton试剂对CN Ts表面羟基数量的影响是由其产生HO?的机理决定的,这一机理可以由式(2)表述[17,18]。

Fe2++H2O2→Fe3++HO?+O H-

Fe3++H2O2→Fe2++HOO?+H+

Fe2++HO?→Fe3++O H-

HOO?+Fe3+→Fe2++O2+H+

HO?+H2O2→HOO?+H2O

Fe2++HOO?→Fe3++O2H-

(2)

由HO?产生机理可知,在溶液的p H值、H2O2与Fe2+的浓度、反应时间以及反应温度等因素固定后, H2O2与Fe2+物质的量之比对HO?的产生有重要影响。当H2O2较多时,有利于发生H2O2俘获HO?的反应,因此不利于Fenton试剂对CN Ts的羟基化[14]

1—CN T2NA 2—CN T2NA2C 3—CN T2F5 4—CN T2F52C

5—CN T2F10 6—CN T2F102C

图3 不同CN Ts的热失重曲线

Fig.3 Thermogravimetric curves of different CN Ts

2.4 EP/CNTs复合材料断面SEM分析

从图4可以看出,稀硝酸处理和两种Fenton试剂处理的CN Ts在EP基体中都出现较严重的团聚现象,多以大团聚体的形式存在,这说明只进行羟基基团修饰并不能很好地解决CN Ts在基体中的分散问题;而进一步用偶联剂处理后的两种CN Ts在EP中都得到了良好的分散,这一现象应该归咎于带有甘油醚官能团的偶联剂KH560处理有效降低了CN Ts表面自由能以及提高了CN Ts与EP之间的相容性的缘故。2.5 EP/CNTs复合材料的热分析

通过DSC考察了不同EP/CN Ts复合材料的T g,所得数据如表2所示。从表2可以看出,由于CN Ts 表面能较高,可以对EP分子链运动产生抑制作用,因此使得所有复合材料中EP的T g都较纯EP有所提高;其中EP/CN T2NA复合材料的T g较纯EP的提高了6.2℃,经过Fenton试剂处理后,EP/CN Ts复合材料的T g进一步提高,且EP/CN T2F5的T g比EP/ CN T2F10提高更明显,提高了11.1℃,这是由于羟基的存在一方面可以改善CN Ts与EP的界面作用力,另一方面也使CN Ts分散性得到提高,这些都有利于T g 的提高,很显然CN Ts表面羟基数量越多这种效果越明显;经KH560处理后,复合材料的T g进一步提高,如EP/CN T2F52C复合材料的T g较纯EP提高了15.7℃,在所有样品中最高,这主要是由于KH560分子结构中存在环氧基团,它参与了EP的固化反应,在CN Ts与EP之间形成化学键,致使CN Ts对EP分子链的束缚更强,因此T g显著升高,当然经KH560处理后CN Ts 能更好地在基体中分散也有利于T g的提高。

采用热失重法对不同EP/CN T s复合材料的热稳定性能进行了考察,采用重复性较好的初始热分解温度

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 ?碳纳米管的表面修饰及其对环氧树脂热性能的影响

(a)EP (b)EP/CN T2NA (c)EP/CN T2F10 (d)EP/CN T2F102C (e)EP/CN T2F5 (f)EP/CN T2F52C

图4 EP/CN Ts复合材料的断面SEM照片

Fig.4 SEM photos of f racture surface of EP/CN Ts composites

表2 EP/CNTs复合材料的T g和T I D

Tab.2 T g and T I D of EP/CN Ts composites

样品T g/℃T I D/℃EP121.5334.3

EP/CN T2NA127.7335.6

EP/CN T2F5132.6338.6

EP/CN T2F52C136.2342.0

EP/CN T2F10131.0338.4

EP/CN T2F102C134.2339.7

(T ID)作为热稳定性能评价指标,T ID越高,材料的热稳定性越好,反之越差,所得数据如表2所示。从表2可以看出,CN Ts对复合材料的热稳定性都有所改善,影响规律同T g的一样,其原因也基本相同,都归咎于CN Ts对EP分子链的束缚作用,具体内容不在此重复赘述。

3 结论

(1)CN Ts经过Fenton试剂处理后在其表面引入了羟基基团,进一步用KH560修饰引入了环氧官能团;Fenton试剂的组成可以有效控制羟基基团的数量,并进一步决定引入环氧官能团的数量。

(2)经过Fenton试剂处理或进一步采用KH560修饰都可以改善CN Ts在丙酮和EP中的分散性能,但后者改善作用更加明显,尤其是对CN Ts在EP中分散性能的改善;CN Ts表面羟基基团数量或KH560分子数量越多,越有利于其在两种体系中的分散。

(3)经过Fenton试剂处理或进一步采用KH560修饰得到的CN Ts都可以提高EP的T g和热稳定性能,后者提高效果更好。

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2013.

雷诺Twingo和K angoo利用沙伯基础创新塑料

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环氧树脂优缺点

热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛,加工成型简便、生产效率高等特点,并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能,如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性,已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点:酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快,但较脆、需高压成型;不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低,但性能较差;环氧树脂的粘结强度和内聚强度高,耐腐蚀性及介电性能优异,综合性能最好,但价格较贵。因此,在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合,如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料,也有人称为环氧增强塑料)的品种很多,其名称、含义和分类方法也没有完全统一,但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合,使之能用作受力结构材料,并能按受力情况设计和制造材料,以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合,以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是,无论使用的是材料的哪一种功能性,都必须具有必要的力学性能,否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度,如高压绝缘子芯棒,要求绝缘性和强度都很高,是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa),如环氧工程塑料及环氧层压塑料;低压成型材料(成型压力<2.5MPa),如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个㎡)、型面通常不是平面,所以不宜用高压成型。否则模具造价太高,压机吨位太大,因而成本太贵。 (3)按环氧复合材料阶性能、成型方法、产品及应用领域的特点,并照顾到习惯上的名称综合考虑可分为:环氧树脂工程塑料、环氧树脂层压塑料、环氧树脂玻璃钢(通用型环氧树脂复合材料)及环氧树脂结构复合材料。 3、环氧树脂复合材料的特性 (1)密度小,比强度和比模量高。高模量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍,钻合金的3.2倍。其比模量是钢、铝合金、钦合金的5.5—6倍。因此,在强度和刚度相同的情况下碳纤维环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。这在节省能源、提高构件的使用性能方面,是现有任何金属材料所不能相比的。 (2)疲劳强度高,破损安全特性好。环氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下,首先在最薄弱处出现损伤,如横向裂纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻

碳纳米管的结构_制备及修饰

科 ● 自Iijima [1]首次用高分辨透射电镜发现碳纳米管(CNTs)后,碳纳米管及其相关材料以其独特的性质、新颖的结构及许多潜在的应用前景引起了人们极大的兴趣和关注,而用纳米材料来修饰和填充碳纳米管成为人们研究的热点之一[2-4]。探索碳纳米管的物理、化学性能及其在各个领域中的应用也成为众多科研工作者研究的目标。碳纳米管的结构比较特殊是由类似于石墨的六边形网络所组成的管状物,独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及不同的螺旋结构等使其具有大量特殊的优异性能,如导电性好,耐热,机械强度比较高,耐腐蚀,有自润滑性和生物相容性等。这些优异特性使得碳纳米管在复合材料、储氢材料、催化剂材料等方面有着巨大的应用潜力。纳米中空结构使得它有可能作为一种纳米反应器[5]。作为碳家族的新成员,它有合适的孔径分布,便于金属组分更好地分散[6]。它独特而又稳定的结构及形貌,尤其是表面性质,能依据人们的需要进行不同方法的修饰,使其适合作为新型催化剂载体[7-8]。 1 碳纳米管的性质 1.1 碳纳米管的结构 碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWNTs )和多璧碳纳米管(MWNTs )。碳纳米管可看作是由石墨烯层片卷成、直径为纳米尺度的圆桶,其两端由富勒烯半球封帽而成。多壁碳纳米管则是由若干个单层管同心套迭而成的,石墨碳原子中的4个价电子只有3个成键,形成六边形的平面网状结构。这种排列使石墨中的每个碳原子有一个未成对电子,这个未成对电子围绕着这个碳环平面高速运转,因而使石墨具有较好的导电性,碳纳米管中存在大量的六边形结构,当六边形往外逐渐延伸成为五边形时,会造成碳纳米管突出;而形成七边形时碳纳米管则凹进。这样就形成了碳纳米管独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及不同的螺旋结构。而碳纳米管也由于如此的特殊结构具有了一系列卓越的性质。1.2碳纳米管的制备 电弧法制备碳管的基本原理是在两个相距很近的石墨电极间加上高电压以至放电,放电电弧产生的高温使得阳极石墨棒上的碳物质迅速蒸发,随后蒸发物质中的碳原子以团簇为单元组成多种碳物质形态,沉积于阴极和反应腔壁上,碳纳米管是其中的沉积产物之一。电弧法多用来制备多璧碳纳米管(MWNTs )但制备的碳纳米管缺陷多,且与其他的副产物如无定形碳、纳米微粒等杂质烧结于一体,对以后的分离和提纯会有不利的影响。 催化裂解法(CVD 法)是目前应用最广泛的方法之一,该方法所用的关键设备就是可加热反应腔。反应腔可以分为立式固定床和卧式磁舟两种。其基本原理是:在中等温度下(800-1200K 左右),含碳化合物如烃、金属有机化合物、CO 等在金属催化剂的作用下分解为碳原子,沉积在金属颗粒的表面,然后溶解、扩散进入金属体相,最后析出生长成为碳纳米管。可以认为实现可控制技术的一个可能的途径是通过控制催化剂颗粒的大小和分布间接控制碳管的生长,因此有关CVD 技术的催化剂问题受到广泛关注。可以用于合成碳管的催化剂一般为过渡金属元素:Fe 、Co 、Ni 、Cr 、Mo 、Mg 和Si 等。同电弧法相比,催化裂解法制得的CNTs 缺陷较多,但是此法制得的碳纳米管产量大且易提纯,还可通过催化剂颗粒的大小控制碳纳米管的粗细。 激光蒸发法是制备碳纳米管的重要方法之一。它是利用激光对石墨进行蒸发并利用专门设计的收集器来收集合成的碳管。其基本原理是:在惰性气体流中用激光蒸发含有金属催化剂的石墨靶表面,在石墨上生长碳纳米管,随后收集于铜水冷器。激光束的宽度为6至7个毫米,经过计算机的精确引导,激光束持续而定量地蒸发含有金属催化 剂的石墨靶,再由流动的Ar 气将碳物质送到蒸发炉外的水冷铜收集器处,在那里就能找到碳管,该方法首次得到相对较大数量的单壁碳纳米管。激光蒸发(烧蚀)法的主要缺点是单壁碳纳米管的纯度较低、易缠结。 1.3碳纳米管的修饰 碳纳米管的修饰共分为两类,分别为共价修饰和有机化学修饰。其中碳纳米管的共价修饰共有三种途径:自由基加成法、电化学氧化法、化学试剂氧化法这三种。 自由基加成法是一种碳纳米管共价修饰的方法,CNTs 管壁上存在很大的自由基加成的可能性。在碳纳米管璧原位上的重氮化可以是碳纳米管有效地溶解在水中,增大碳纳米管的溶解度。Sinnott [15]采用经典分子动力学模拟方法构建了碳自由基与碳纳米管的加成模型,通过模型的建立发现带羧基的烷基自由基可以有效地加成到碳纳米管管壁上,得到功能化的碳纳米管。 通过电化学氧化法可以制得大量的碳纳米管修饰电极,将CNTs 固定于电极材料上,加压条件下用NaOH 溶液处理。万谦等[16]碳纳米管经过纯化、浓酸回流处理后与DMF 分散物质形成悬浮液,然后通过微量滴管等直接滴涂或溅射等方法修饰到各种基质电极上,即可制成碳纳米管修饰电极。 化学试剂氧化法是一种较为普遍的方法,以浓硝酸或者硝酸和硫酸的混酸作为强氧化剂,经过处理后使得碳纳米管表面具有大量的羧基和羟基基团,这种方法简单易行,很多文献对碳纳米管修饰都是采用此方法,但是表面羧基化后的CNTs 其表面羧基之间存在氢键作用,碳纳米管分散性和溶解性还是仍然较差,还需要进一步对CNTs 表面的COOH 进行反应,破坏羧基之间的氢键作用。 CNTs 的化学修饰共分为三类,包括酸碱中和反应、酰化反应、胺化反应,其中酸碱中和反应是认为羧基化后的CNTs 可以与带碱性基团的聚合物发生类似于酸碱中和反应的反应,在上个世纪90年代,Chen 等以羧基化后的碳纳米管与带碱性基团的聚合物十八胺发生中和反应,第一次得到了可溶性CNTs 为SWNTs 在各种生物及超分子领域的应用提供了依据。Banerjee 等用Wilkinson 催化剂[RhCl(PPh 3)3]与羧基化SWNTs 反应,发现修饰后的SWNTs 溶解度显著增大在二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂中,从而证明金属离子可通过离子作用与羧基化CNTs 反应。 酰化反应如酰胺化反应和酰氯化反应等,酰氯化反应是碳纳米管在加热条件下在硝酸中回流后,以亚硫酰二氯(SOCl 2)作酰化剂,得到含有酰基氯的碳纳米管。由于含有酰基氯的碳纳米管具有更高的活性,可以与苯胺发生酰胺化反应进一步得到含有酰基苯胺的碳纳米管。 2结论 多壁碳纳米管是一类新奇碳素纳米材料。典型的CNTs 具有纳米级管状结构。鉴于这类新奇管状纳米碳材料具有独特的结构和物化性质,作为一种新型碳素催化剂载体或促进剂,较之一些常规载体材料更具特色,近年来引起国际催化学界的日益注意,所涉及用CNTs 作为新型催化剂载体或促进剂的研究领域包括:选择加氢、氢甲酞化、选择脱氢、氨合成、FT 合成、甲醇/低碳醇合成等。【参考文献】 [1]Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon .Nature ,1991,354:56-58.[2]Kogak,Gao G T ,Tanaka H ,et al.Formation of ordered ice nanotubes inside carbon nanotubes[J].Nature ,2001,412:802-805.(下转第38页) 碳纳米管的结构、制备及修饰 赵健勇(山东师范大学化学化工与材料科学学院 山东济南250014) 【摘要】本文详细介绍了碳纳米管的特殊结构,各种不同的制备方法,以及在共价修饰和化学修饰的各种方法,对碳纳米管应用作出展 望。 【关键词】碳纳米管;结构;制备;修饰

环氧树脂的性能及应用特点

环氧树脂的性能及应用特点 环氧树脂、酚醛树脂及不饱和聚酯树脂被称为三大通用型热固性树脂。它们是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。环氧树脂中含有独特的环氧基,以及轻基、醚键等活性基团和极性基团,因而具有许多优异的性能。与其他热固性树脂相比较,环氧树脂的种类和牌号最多,性能各异。环氧树脂固化剂的种类更多,再加上众多的促进剂、改性剂、添加剂等,可以进行多种多样的组合和组配。从而能获得各种各样性能优异的、各具特色的环氧固化体系和固化物。几乎能适应和满足各种不同使用性能和工艺性能的要求。这是其他热固性树脂所无法相比的。 1、环氧树脂及其固化物的性能特点 (1)力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力,分子结构致密,所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。 (2)粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团赋予环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能,因此它的粘接性能特别强,可用作结构胶。 (3)固化收缩率小。一般为1%~2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%~10%;不饱和聚酯树脂为4%~6%;有机硅树脂为4%~8%)。线胀系数也很小,一般为6×10-5/℃。所以其产品尺寸稳定,内应力小,不易开裂。 (4)工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。配方设计的灵活性很大,可设计出适合各种工艺性要求的配方。 (5)电性能好。是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。 (6)稳定性好。不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温),其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。 (7)环氧固化物的耐热性一般为80~100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。 (8)在热卧性树脂中,环氧树脂及其固化物的综合性能最好。 2、环氧树脂的应用特点 (1)具有极大的配方设计灵活性和多样性。能按不同的使用性能和工艺性能要求,设计出针对性很强的最佳配方。这是环氧树脂应用中的一大特点和优点。但是每个最佳配方都有一定的适用范围(条件),不是在任何工艺条件和任意使用条件下都宜采用。也就是说没有“万能”的最佳配方。必须根据不同的条件,设计出不同的最佳配方。由于不同配方的环氧树脂固化体系的固化原理不完全相同,所以环氧树脂的固化历程,即固化工艺条件对环氧固化物的结构和性能影响极大。相同的配方在不同的固化工艺条件下所得产品的性能会有非常的大的差别。所以正确地作出最佳材料配方设计和工艺设计是环氧树脂应用技术的关键,也是技术机密所在。要能生产和开发出自己所需性能的环氧材料,就必须设计出相应的专用配方及其成型工艺条件。因此,就必须深入了解和掌握环氧树脂及其固化剂、改性剂等的结构与性能、它们之间的反应机理以及对环氧固化物结构及性能的影响。这样才能在材料配方设计和工艺设计中得心应手,运用自如,取得最佳方案,生产和开发出性能最佳、成本最低的环氧材料和制品。 (2)不同的环氧树脂固化体系分别能在低温、室温、中温或高温固化,能在潮湿表面甚至在水中固化,能快速固化、也能缓慢固化,所以它对施工和制造工艺要求的适应性很强。环氧树脂可低压成型或接触压成型,因此可降低对成型设备和模具的要求,减少投资,降低成本。 (3)在三大通用型热固性树脂中,环氧树脂的价格偏高,从而在应用上受到一定的影响。但是,由于它的性能优异,所以主要用于对使用性能要求高的场合,尤其是对综合性能要求高的领域。

碳纳米管修饰电极在电化学中应用

新技术应用 碳纳米管修饰电极在电化学中应用 杨百勤1李靖1杜宝中2 (1.陕西科技大学化学与化工学院西安710021) (2.西安理工大学应用化学系西安710054) 摘要对碳纳米管修饰电极的研究现状、制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发 展趋势作比较全面的综述。 关键词电化学碳纳米管修饰电极 碳纳米管,又名巴基管(buckytube),是1991年由日本科学家饭岛澄男(SumioIijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。它以特有的力学、电学和化学性质,以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值,迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。目前,纳米碳管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究正在向纵深发展,在一些方面已取得重大突破。纳米碳管(CNT)的发现,开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。 由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积,尤其对过电位的大大降低及对部分氧化还原蛋白质的直接电子转移现象,因此被广泛用于修饰电极的研究。碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。 1碳纳米管的分类 CNT属于富勒烯(fullerene)碳系,管状无缝中空,具有完整的分子结构,由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成…。管各单层两端由五边形或七边形参与封闭。CNT中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子相连形成六角形网格结构,但通常因产生弯曲而形成空间拓扑结构,从而使某些碳原子呈sp3杂化状态【2】。卷层数从一到数百不等。由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(single—walledcarbonnanotube,SWNT)…,制备时管径可控,一般在1—6rim之间,当管径>6nm后CNT结构不稳定易塌陷。SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管multi.walledcarbonnanotube,MWNT)¨_】,层间距约为0.34nm。MWNT管径由几个纳米到几十个纳米,长度一般在微米级,最长者可达厘米级。 2碳纳米管修饰电极的制备方法 用通常方法制备出的CNT样品一般都含有金属催化剂颗粒和无定形碳等杂质,所以应用前需要经过纯化步骤。纯化后的CNT通常是一种相互缠绕的、找不到终端的线团状结构,管壁间因存在强的范德华力而极易发生团聚且不溶于任何溶剂,这些既不利于其在电极表面的修饰也不利于修饰后其优点的发挥。 在制备修饰电极之前碳纳米管要经过一系列的处理,这些处理包括纯化、剪切、修饰、分散等步骤。这是由于CNT自身的原因,也是为取得更好的修饰效果,CNT样品在修饰到基底电极表面前都要经过必要的处理,然后再采用不同的方式修饰到电极表面。不同的前处理模式极大地影响最终的修饰电极性质。 制备碳纳米管修饰电极的方法很多,现在就来简单介绍几种。 2.1化学吸附法 陈荣生等Ⅲ认为,由于CNT与碳纤维都有类似石墨的平面结构,所以CNT可以吸附在碳纤维表面形成较强的分子间力。制得的修饰电极可以用水直接冲洗而不影响活性。 2.2电化学聚合法 Hughes【51等将羧基化的CNT分散在吡咯单体溶液中,通过电聚合制备MWNTPPy复合膜修饰电极。其成功基于CNT上的羧基在溶液中失去质子而带负电荷,在吡咯阳极氧化过程中进行掺杂,从而共聚在电极表面。 2.3渗入法 掺入法是制备碳糊修饰电极的常用方法。 1969年Adams首创碳糊电极(CPE)以来,用 】5  万方数据

羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测定过氧化氢

羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测 定过氧化氢 【摘要】目的:研究用羧基化多壁碳纳米管修饰电极伏安法测定过氧化氢的浓度。方法:采用涂布法制成羧基化多壁碳纳米管修饰电极;在pH=7.0 KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中,采用该修饰电极伏安法测定H2O2。结果:该修饰电极对H2O2有着显著的电催化作用,与裸玻碳电极相比,其灵敏度大大提高,在 1.2×10-6~1.0×10-3 mol/L 浓度范围内,过氧化氢的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系,检测限为3.1×10-7 mol/L,将该修饰电极用于医用过氧化氢的测定,相对平均偏差为1.2%,平均回收率为97.6%,结果满意。结论:该修饰电极响应快,灵敏度高,稳定性好,寿命长,适合于具有电活性生物分子的测定。 【关键词】碳纳米管学修饰电极伏安法过氧化氢 Abstract: Objective: To study a quantitative method for determination of hydrogen peroxide (H2O2) by voltammetry with multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group modified electrode (CME). Method: The CME was fabricated, which based on the immobilization of multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group. In a medium of KH2PO4-Na2HPO4 buffer solution with pH=7.0,the CME was

环氧树脂种类及性能

环氧树脂种类及性能 一、定义 1、环氧树脂(Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分了低聚体(Oligomer)□当聚合度n为零时,称Z为环氧化合物,简称 环氧化物(Epoxide) O这些低相对分了质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。典型的环氧树脂结构如下式。 2、环氧基是环氧树脂的特性基团,它的含量多少是这种树脂最为重要的指标。描述环氧基含量有以下几种不同的表示法: (1)环氧当量:是指含有1 mol环氧树脂的质量,低相对分了质量(分了量)环氧树脂的环氧当量为175-200g/mol, 随着分了量的增大环氧基间的链段越长,所以高分子量环氧树脂的环氧当量就相应的高。 (2)环氧值:每lOOg树脂屮所含有环氧基的物质的量(摩尔)。这种表示方法有利于固化剂用量的计量和用量的表示。因为固化剂用量的含义是每lOOg环氧树脂中固化剂的加入量 (part perhundred of resin缩写成phr)。我国采用环氧值 这一物理量。 环氧当量二100/环氧值 3、粘度的定义 粘度:液体在流动时,在其分子间产生的内摩擦的性质,称为 液体的黏性,黏性的大小用黏度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子。 粘度单位有两种:1、厘泊(cps)2、毫帕秒(m ? pas)

1厘泊(cps)二1毫帕秒(m*pas) 一、种类及性能 1、双酚A型环氧树脂:双酚A (即二酚基丙烷)型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油瞇。在环氧树脂屮它的原材料易得、成本最低,因而产量最大(在我国约占环氧树脂总产量的90%,在世界约占环氧树脂总产量的75%?80%),用途最广,被称为通用型环氧树脂。由双酚A型环氧树脂的分了结构决定了它的性能具有以下特点: (1)是热塑性树脂,但具有热固性,能与多种固化剂,催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物,几乎能满足各种使用需求。 (2)树脂的工艺性好。固化时基本上不产生小分了挥发物, 可低压成型。能溶于多种溶剂。 固化物有很高的强度和粘结强度。 固化物有较高的耐腐蚀性和电性能。 固化物有一定的韧性和耐热性。 主要缺点是:耐热性和韧性不高,耐湿热性和耐候性 差。 2、双酚F型环氧树脂:这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制岀的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F (二酚基甲烷)与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。 双酚F型环氧树脂的特点是黏度小,不到双酚A型环氧树脂黏度的1/3,对纤维的浸渍性好。其固化物的性能与双酚A 型环氧树脂几乎相同,但耐热性稍低而耐腐蚀性稍优。液态双酚F型环氧树脂可用于无溶剂涂料、胶粘剂、铸塑料、玻璃钢及碳纤维复合材料等。 3、多酚型缩水甘油醛环氧树脂:多酚型缩水甘油醴环氧树脂 是一类多官能团环氧树脂。在其分了屮有两个以上的环氧基,因此

环氧树脂特性

环氧树脂 目录 材料简介应用特性类型分类使用指南国内主要厂商环氧树脂应用领域环氧树脂行业 材料简介 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。 应用特性 1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求,其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、固化方便。选用各种不同的固化剂,环氧树脂体系几乎可以在0~180℃温度范围内固化。 3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在,使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低,产生的内应力小,这也有助于提高粘附强度。 4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的,没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比,在固化过程中显示出很低的收缩性(小于2%)。 5、力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 6、电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。 7、化学稳定性。通常,固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样,化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂,可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8、尺寸稳定性。上述的许多性能的综合,使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 9、耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌,可以在苛刻的热带条件下使用。 类型分类 根据分子结构,环氧树脂大体上可分为五大类: 1、缩水甘油醚类环氧树脂 2、缩水甘油酯类环氧树脂 3、缩水甘油胺类环氧树脂 4、线型脂肪族类环氧树脂 5、脂环族类环氧树脂 复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂,而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂(简称双酚A型环氧树脂)为主。其次是缩水甘油胺类环氧树脂。 1、缩水甘油醚类环氧树脂 缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。

壳聚糖对碳纳米管的表面修饰

许爱民等:堇青石陶瓷表面Ca0.6Mg0.4Zr4(PO4)6涂层的显微结构及耐碱性· 163 ·第36卷第2期 壳聚糖对碳纳米管的表面修饰 刘爱红1,2,孙康宁1,2,王菲1,2,俞中平1,2 (1. 山东大学,液态结构及其遗传性教育部重点实验室;2. 山东省工程陶瓷重点实验室,济南 250061) 摘要:采用表面沉积交联法实现了壳聚糖对碳纳米管的表面修饰,并对所得的复合材料进行了相应的检测。结果表明:得到的复合材料中碳纳米管表面完全被壳聚糖所覆盖,管径变粗,并且由于壳聚糖覆盖层的静电排斥作用,使壳聚糖修饰后碳纳米管的团聚减少。 关键词:碳纳米管;壳聚糖;表面修饰 中图分类号:R318.08 文献标识码:A 文章编号:0454–5648(2008)02–0163–03 SURFACE MODIFICATION OF CARBON NANOTUBES WITH CHITOSAN LIU Aihong1,2,SUN Kangning1,2,WANG Fei1,2,YU Zhongping1,2 (1. Key Laboratory for Liquid Structure and Heredity of Materials of Education Ministry; 2. Engineering Ceramics Key Laboratory of Shandong Province, Shandong University, Jinan 250061, China) Abstract: Surface modification of carbon nanotubes (CNTs) with biopolymer chitosan was performed via a controlled surface depo-sition and crosslinking process. The characteristic of modified CNTs was measured The results show that the diameter of CNTs be-comes thicker because the surface of CNTs is covered with chitosan, and the glomeration of the CNTs decreases to improve the dis-persion of CNTs due to static electric repulsive action of chitosan coating. Key words: carbon nanotubes; chitosan; surface modification 近年来,碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)的研究热点转向生物医用材料方面,已在生物医学方面得到广泛应用。用CNTs可制备各种生物传感器,生物医学微电子器件的导线、开关、记忆元件等。[1–4] 由于CNTs的生物相容性较差,常需要对CNTs 进行表面修饰改性。用生物相容性好的天然高分子修饰碳纳米管,制备成CNTs/天然高分子复合材料,是改善碳纳米管生物相容性的一种重要方法。 壳聚糖(chitosan, CS)是甲壳素(chitin)脱去部分乙酰基后的产物,是一种常见的天然高分子,在生物材料的研究中得到了广泛的应用,其良好的生物相容性已经得到认可。[5] 通过壳聚糖对CNTs的表面修饰,有望改善CNTs的生物相容性,更有可能赋予CNTs某些生物学的性质,为扩大CNTs在生物医学领域的应用提供了一种途径。据此,采用表面沉积交联法,由壳聚糖修饰CNTs的表面,并对所得复合材料进行了检测。 1 实验 1.1 CNTs的纯化氧化预处理 实验所用原料为:多壁CNTs,深圳纳米港有限公司产,纯度95%(质量分数)以上;壳聚糖(食品级,脱乙酰度为95%),济南海得贝海洋生物工程有限公司产;其他试剂均为分析纯试剂。 采用混酸液相氧化法对CNTs原料进行纯化氧化预处理。将2g CNTs加入120mL混酸溶液中(浓H2SO4与浓HNO3体积比为3:1),超声分散2~3h,然后在室温磁力搅拌120h,进行氧化。通过0.22μm 的聚碳酸酯滤纸真空抽滤混合物,再由去离子水洗涤至pH值为7。处理后的CNTs在80℃真空干燥 收稿日期:2007–07–27。修改稿收到日期:2007–10–21。 基金项目:国家自然科学基金(50672051,30540061);山东大学大学生科技创新基金资助项目。 第一作者:刘爱红(1981—),女,博士研究生。 通讯作者:孙康宁(1955—),男,教授。Received date:2007–07–27. Approved date: 2007–10–21. First author: LIU Aihong (1981–), female, postgraduate student for doctor degree. E-mail: aihong1981@https://www.doczj.com/doc/855255923.html, Correspondent author: SUN Kangning (1955–), male, professor. E-mail: sunkangning@https://www.doczj.com/doc/855255923.html, 第36卷第2期2008年2月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 36,No. 2 February,2008

(完整)常见环氧树脂种类及性能

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常见环氧树脂种类及性能 一、定义 1、环氧树脂(EpoxyResin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分子低聚体(Oligomer)。当聚合度n为零时,称之为环氧化合物,简称环氧化物(Epoxide).这些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂.典型的环氧树脂结构如下式。 2、环氧基是环氧树脂的特性基团,它的含量多少是这种树脂最为重要的指标。描述环氧基含量有以下几种不同的表示法: ⑴环氧当量:是指含有1mol环氧树脂的质量,低相对分子质量(分子量)环氧树脂的环氧当量为175~200g/mol,随着分子量的增大环氧基间的链段越长,所以高分子量环氧树脂的环氧当量就相应的高. ⑵环氧值:每100g树脂中所含有环氧基的物质的量(摩尔)。这种表示方法有利于固化剂用量的计量和用量的表示。因为固化剂用量的含义是每100g环氧树脂中固化剂的加入量(partperhundredofresin缩写成phr)。我国采用环氧值这一物理量。环氧当量=100/环氧值 3、粘度的定义 粘度:液体在流动时,在其分子间产生的内摩擦的性质,称为液体的黏性,黏性的大小用黏度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子。 粘度单位有两种: 1、厘泊(cps) 2、毫帕秒(m·pas) 1厘泊(cps)=1毫帕秒(m·pas)

碳纳米管在电化学中的应用

碳纳米管在电化学中的应用 【摘要】对碳纳米管修饰电极的制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发展趋势作比较全面的综述。 【关键词】碳纳米管;化学修饰电极 Application of the Carbon nanotube in electrochemistry Abstract The methods of preparation, applications and developing trends of carbon nanotube modified electrodes in the field of electrochemistry were reviewed. Key words Electrochemistry Carbon nanotube modified electrodes 碳纳米管,又名巴基管(buckytube),是1991年由日本科学家饭岛澄男(Sumio Iijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。它以特有的力学、电学和化学性质,以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值,迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。目前,碳纳米管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究方兴未艾,在一些方面已取得重大突破。碳纳米管(CNT)的发现,开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。 由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积,可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象,因此被广泛用于修饰电极的研究。碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。 1碳纳米管的分类 CNT属于富勒碳系,管状无缝中空,具有完整的分子结构,由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成,其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合,各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭。CNT的径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,具有较大的长径比。由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(SWNT),制备时管径可控,一般在1~6 nm之间,当管径>6 nm后CNT 结构不稳定,易塌陷。SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管(MWNT),层间距约为0.34 nm。

高性能环氧树脂基复合材料的研究现状及应用进展

高性能环氧树脂基复合材料的研究现状及应用进展2018年8月1日星期三 Linda 中山沃瑞森 环氧树脂是一类重要的热固性树脂,具有良好的粘结性、稳定性、耐热性、力学性能、且固化收缩率小,成本低廉。环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体,被广泛应用于轻工、建筑、航天航空、电子电气及其他先进复合材料的各个领域。本文由苏州挪恩复合材料有限公司研究人员从环氧树脂的增韧、耐热、增强方面对高性能环氧树脂基复合材料的现状进行阐述。 在航空航天等领域,对环氧树脂韧性耐温性和模量有着较高要求。热塑性树脂具有高韧性、高强度和耐热性好的特性,用热塑性树脂作为增韧剂可以在增韧环氧树脂的同时保持耐热性能和模量。国外将EP/CF

复合材料应用在战斗机和直升机的机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到明显减重作用,大大提高了抗疲劳耐腐蚀等性能。 在广泛的应用领域中环氧树脂除了要具备基本的力学性能要求外,还需要有良好的耐高温性能,对于提高环氧树脂体系耐热性的方法主要有改变环氧树脂、固化剂的结构或导入新结构,采用耐热性较好的材料对环氧树脂改性。 碳纤维具有十分优异的力学性能,由碳纤维增强环氧树脂所制备的复合材料性能表现优异。而由于碳纤维表面能低、与基体浸润性差,使其与基体材料的界面粘结力较弱,因此需要提前对其进行表面处理。玻璃纤维/环氧树脂复合材料是目前研究较成熟应用最广的一种环氧复合材料,该材料具有轻质高强、耐疲劳和绝缘等性能,在军事中可被用作防弹头盔、防弹衣等。 (图示:碳纤维安全头盔) 环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系,适用于多种成型工

艺,可配制成不同配方,可调节粘度范围大,适用于不同的生产工艺,国内外对高性能环氧树脂的研究近几年已取得很大进展,很多环氧树脂复合材料集多种优异性能于一体,极大推动了高端科技产业的发展。 沃瑞森拥有自已强大的黏结数据库,有匹配各种功能黏结的推荐。配合世界知名品牌胶粘剂材料。给您最适合及高性价比的技术支持!

环氧树脂化学成分

环氧树脂化学成分 主要成份是:酚醛树脂; 酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂,其中以苯酚和甲醛树脂为最重要。也是世界上最早由人工合成的,至今仍很重要的高分子材料。因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。 NL固化剂是酚醛树脂呋喃树脂的高效低毒固化剂。NL固化剂毒性低,基本无刺激味,树脂固化后强度高、耐蚀性好,使用用量少,操作方便,贮存期长。本品适用于热固性酚醛树脂及呋喃树脂的常温固化。用来配制酚醛树脂及呋喃胶泥;玻璃钢制品;制笔、制刷、竹木等制品的粘合;也可用作铸造树脂的室温固化剂。质量指标外观暗灰色液体相对密度(20℃)1.16±0.01粘度(涂-4,25℃)秒20-30 总酸度(以H2SO4计)% 18±2 游离酸(以H2SO4计)% 3-5 贮存期一年以上(密闭存放)应用对酚醛树脂或呋喃树脂,NL固化剂的用量范围一般为5-12%。环境温度20℃时,2130酚醛树脂的NL固化剂用量为8%左右,NL固化剂用量可随温度调整。参考配方酚醛树脂酒精NL固化剂石英粉酚醛胶泥100 0-5 6-10 150-200玻璃钢腻子100 0-5 6-10 120-200玻璃钢面料100 10 8-15 10-1520℃时NL用量为8%,1小时左右初凝,使用期30分钟左右配方注意:酚醛树脂或呋喃树脂用NL固化剂来固化时,对填料的要求较高,要求填料的耐酸性达到规范的要求。劣质填料含有碳酸钙等会与酸性固化剂反应产生气泡,影响制品质量,并可能造成树脂不固化。包装及贮运10Kg、25Kg塑料桶装。室温密闭储存。可长期贮存,超过一年复测合格可继续使用。

环氧树脂材料性能

二十世纪四十年代末,环氧树脂开始被应用于电工绝缘领域,至今已经有五十余年的历史。 双酚A型环氧树脂/酸酐体系是当前输变电设备绝缘浇注材料的主要品种,其优点突出: ?具有良好的粘接性; ?固化过程中收缩率低; ?在固化过程中不产生小分子; ?耐热性、耐药品性优良; ?机械强度高; ?电气绝缘性能优良。 但其缺点也很明显: ?脆性大,抗开裂性能差:如产品浇注后开裂,存放期开裂,低温开裂,在线路运行中开裂; ?脆性往往导致设备性能不达标:如局放不达标,耐冷热冲击不达标,动热稳定性不达标,绝缘子抗弯力不达标等; 随着对输变电设备性能要求的提高,问题越发突显出来。例如: 1、结构复杂的输变电设备及部件应力集中问题显著,更容易开裂; 2、设备使用条件更加严酷,如需要经受强烈温度冲击,适应电网运行波动,提高动热稳定性,保证长期质量,降低局放等。 产生上述问题的原因在于环氧树绝缘材料在输变电设备制造过程及使用过程中会受到多种力的作用:

1、固化过程中由于化学反应发生收缩产生的收缩应力; 2、环氧树脂与金属的线膨胀系数的差异产生的应力 表2-1 几种常用材料的线膨胀系数 材料名称线膨胀系数(10-6/℃) 石英0.5 铝~24 铜~16 环氧树脂~100 3、绝缘层自身因温度变化而产生应力 4、电动力与外力作用 可见,绝缘体受力是必然的,不能消除的,而且是不断变化的,这种应力的存在是使环氧树脂绝缘层产生内部裂纹的主要原因,而这种力又是客观存在的,因此只有提高环氧树脂本身抵抗这种内部应力的能力才是减弱和消除内部缺陷,从而降低局放的主要手段。 提高环氧树脂绝缘浇注制品品质的三个环节 1、设计合理 2、提高环氧树脂绝缘材料的韧性 3、浇注工艺合理 从以上三点来看,由于设计一般是固定的,所以运用合理的工艺和提高环氧树脂本身的韧性,减弱和消除绝缘体内部的气泡或缺陷是降低局放的根本方法。

(word完整版)提高环氧树脂强度的方法

要提高环氧树脂强度,一般通过添加第二组分来增韧树脂,提高环氧树脂的韧性。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,主要有液态橡胶增韧、聚氨酯增韧、弹性微球增韧、热致液晶聚合物(TLCP)增韧和聚合物共混、共聚改性等。 液态橡胶增韧改性环氧胶。液态橡胶增韧改性一般是指含端羧基、胺基、羟基、硫醇基、环氧基的液态丁腈橡胶、聚丁二烯等,与环氧树脂相混溶,在固化过程中析出,形成“海岛模型”的两相结构,通过活性基团相互作用,在两相界面上形成化学键而起到增韧作用。近年来,除了采用纯活性液态橡胶的预反应加成物之外,已发展到第二代采用高官能度环氧树脂和第三代采用金属茂催化剂制备嵌段共聚体改性环氧预聚物,通过这样改性之后,不但提高了剥离强度,而且整体机械性能和热性能并未明显降低。 聚氨酯增韧环氧胶。聚氨酯增韧环氧胶是通过聚氨酯和环氧树脂形成半立穿网络聚合物(SIPN)和互穿网络聚合物(IPN),起到强迫互溶和协同效应,使高弹性的聚氨酯与良好粘接性的环氧树脂有机结合在一起,通过互补和强化从而取得良好的增韧效果。 热塑性聚合物共混改性高强度环氧胶。一般是采用高性能的芳杂环聚合物聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜、聚醚酰亚胺和聚碳酸酯、聚苯醚等热塑性聚合物与环氧树脂共混改性,制备环氧结构胶粘剂,在-55~175℃以上宽温度范围内,具有高强度、高韧性、耐久性和优良的综合性能。 弹性微球增韧环氧高强度胶粘剂。国内有关研究表明,采用芯壳聚合物微球(芯是聚丁二烯或聚丙烯酸酯,壳层是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯)增韧环氧树脂效果更为理想,其壳层层数可以是一、二层,也可以三、四层,粒子大小和分布的均匀性对增韧效果影响都很大。 聚硅氧烷共聚改性增韧环氧胶粘剂。这种工艺是采用聚硅氧烷上的活性端基(为羧基、氨基)与环氧树脂中的环氧基、羟基反应生成嵌段聚合物,这种改性能降低环氧树脂内应力,增加韧性和耐温,并能取得良好的相容性。 纳米粒子增韧环氧树脂胶粘剂。由于纳米粒子其有较高的比表面积,因此有极高的不饱和性,表面活性很大。研究表明,采用纳米粒子改性环氧树脂,由于能形成理想的表面,所以可大幅度提高环氧树脂的拉伸强度和冲击性能。如果在环氧树脂中加入3%的纳米SiO2,在130℃下反应1h,冷却后加入固化剂固化,不但能增韧树脂而且耐热性能也大大提高。目前纳米粒子主要是添加纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米TiO2等。有研究采用十六烷基三甲基溴化胺有机化表面处理的凹凸棒土与环氧树脂配合,其增强和增韧效果有明显提高。

卟啉_多壁碳纳米管修饰电极的制备及多巴胺的测定.kdh

收稿日期:2009-11-19 作者简介:叶芳(1983-),女,湖北武汉人,韶关学院化学与环境工程学院助教,主要从事电化学修饰电极的研究. 韶关学院学报·自然科学Journal of Shaoguan University ·Natural Science 2010年6月 第31卷第6期卟啉/多壁碳纳米管修饰电极的制备及多巴胺的测定 叶芳1,南俊民2 (1.韶关学院化学与环境工程学院,广东韶关512005;2.华南师范大学化学与环境工程学院,广东广州510006) 摘要:利用电化学方法在多壁碳纳米管修饰的玻碳电极表面聚合一层无金属卟啉,制备了卟啉/多壁碳纳米管修饰电极,采用循环伏安法研究多巴胺(DA)在不同修饰电极上的电化学行为,并计算得到了不同修饰电极有效面积A eff 以及DA 电化学氧化过程的一些重要参数.实验结果表明,这种双层膜修饰电极具有更为明显的催化效果,微分脉冲伏安结果显示,催化氧化峰电流与DA 浓度在5×10-5mol ·L -1~3×10-7mol ·L -1范围内呈良好的线性关系,检出限达6×10-8mol ·L -1(S/N=3).关键词:电化学;多壁碳纳米管;卟啉;修饰电极;多巴胺 中图分类号:O646.54文献标识码:A 文章编号:1007-5348(2010)05-0062-05 卟啉作为一类天然的大环化合物,因含有多个双键和高度共轭的大∏体系,可以通过聚合方式得到聚合膜,因具有多个电活性中心和优异的光学、电学等特性,从而在光学和光电化学等领域中具有广泛的应用.碳纳米管独特的结构形态和性质使其催化效率提高,因而在电化学传感器和修饰电极方面受到广泛关注[1].近年来,有关碳纳米管修饰电极研究报道逐年增加,主要的应用研究有:抗坏血酸、多巴胺(DA )、肾上腺素等生物分子的分离检测[2],细胞色素C 的直接电子转移[3],硫化氢的电化学检测[4]等. 本文以多壁碳纳米管(MWNT)修饰的玻碳电极为基底电极,采用电化学方法在其表面聚合一层无金属卟啉,即5-邻(4-溴戊氧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(o -BrPETPP)膜,制备了o -BrPETPP/MWNT 修饰电极,并将其用于DA 的检测. 1实验部分 1.1仪器与试剂MWNT 为深圳多维新材料有限公司产品.实验中所使用的5-邻(4-溴戊氧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(o -BrPETPP)由华南理工大学提供.DA (Aldrich-Sigma 公司产品)、十六烷基磷酸(DHP)及其他实验试剂均为分析纯试剂.所用水均为实验室自制二次蒸馏水. 0.05mol ·L -1KH 2PO 4-NaOH 缓冲液(pH=6.0),其pH 值可分别用0.1mol ·L -1HCl 和0.1mol ·L -1NaOH 溶液调节.CHI660A 电化学工作站(上海辰华仪器有限公司产品);KQ-50B 超声波清洗器(中国昆山超声仪器厂产品);PHS-3C 型酸度计(上海雷磁产品). 实验采用三电极体系:参比电极为饱和甘汞电极(SCE ),对电极为铂电极(213型),工作电极为裸玻碳电极、MWNT 修饰电极、o -BrPETPP 修饰电极、o -BrPETPP/MWNT 修饰电极. 1.2MWNT 的预处理 将0.2g MWNT 在2mol ·L -1HCl 中超声处理4h ,以纯化MWNT 并除去上面的金属氧化物催化剂;蒸馏水洗至中性,100℃下恒温干燥成粉末.然后将纯化后的MWNT 在80ml 浓混酸(V HNO 3∶V H 2SO 4 =1∶3)混合,室Jun.2010Vol.31No.6

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