化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)外文翻譯

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯外文出處：journal of applied polymer science(用外文寫(xiě))附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。有機(jī)改性凹土/聚氨酯納米復(fù)合材料的合成與表征chia-hao wang，maria l. auad，norma e. marcovich，steven nutt摘 要 利用納米凹凸棒石（att）填充合成的聚氨酯（pu）納米復(fù)合材料采用熱分析，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，和力學(xué)性能測(cè)試表征。合成配方原料含有4,4二亞甲基四氫呋喃，1,4-丁二醇和經(jīng)4,4二亞甲基四氫呋喃預(yù)改性的無(wú)機(jī)凹土。采用熱重分析（tga）和傅里葉變換紅外光譜（ftir）表征原始的

2、凹土和經(jīng)4,4二亞甲基四氫呋喃預(yù)改性的凹土。改性結(jié)果分析表明凹土表面能吸附轉(zhuǎn)移17%的4,4二亞甲基四氫呋喃。采用掃描電子顯微鏡，差熱分析和熱重分析表征純聚氨酯和經(jīng)4,4二亞甲基四氫呋喃改性的凹土/聚氨酯納米復(fù)合材料。機(jī)械測(cè)試和動(dòng)態(tài)分析表明：隨著4,4二亞甲基四氫呋喃改性凹土含量增加儲(chǔ)能模量和楊氏模量也隨之增加。相比較于純樹(shù)脂，軟硬段的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性均有所增強(qiáng)。關(guān)鍵詞 粘土；填料；納米復(fù)合材料；聚氨酯；增強(qiáng)引言分段聚氨酯（pu）彈性體是一個(gè)具有廣泛商業(yè)應(yīng)用前景的重要工程塑料。具有高耐磨性，減震性，高彈性和耐腐蝕性。這些屬性主要來(lái)源于聚氨酯的特殊形式的離散區(qū)域。聚氨酯鏈線(xiàn)性結(jié)構(gòu)可以表示成（a-

3、b）n形式, 分為硬段和軟段兩部分，硬段a由低分子量的二醇或二胺與二異氰酸酯組成，軟段b由較高分子量的聚酯或聚醚多元醇組成。由于不同的硬段和軟段的化學(xué)結(jié)構(gòu)，排斥作用和熱力學(xué)不相容導(dǎo)致其內(nèi)部?jī)上喾蛛x和硬段、軟段的形成。此外，在聚氨酯中硬段通過(guò)分子間氫鍵連接。有兩種方法可以用來(lái)提高聚氨酯的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。第一種途徑是改變聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)。由于聚氨酯大分子的性質(zhì)取決于二異氰酸酯、多元醇摩爾配比和分子鏈擴(kuò)展，因而可以很容易地在較大范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出其特殊性能。第二種途徑是向聚氨酯基體中引入無(wú)機(jī)填料。凹凸棒石黏土(簡(jiǎn)稱(chēng)凹土)是一種含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，其化學(xué)分子式為：mg5si8o20(oh)2(oh2

4、)44h2o。盡管凹土結(jié)構(gòu)屬于2：1型粘土礦物， 但它不同于其他層狀硅酸鹽，因?yàn)槠淙狈B續(xù)八面體結(jié)構(gòu)，在四面體條帶間形成與鏈平行的通道，通道中充填沸石水和結(jié)晶水。然而，si-o- si鍵較弱，能輕易被剪切破碎形成纖維晶體。其內(nèi)部和外部的平均表面積大約分別為300和600 m2/g。由于其具有獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)，凹土已具有多種商業(yè)應(yīng)用，如吸附劑，催化劑，流變劑和填料。盡管凹土有低成本和較強(qiáng)適用性，但是直到豐田研究中心第一次介紹基于層狀硅酸鹽有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料(高嶺石和蒙脫石)運(yùn)用，凹土在聚合物中的研究才得到了關(guān)注。此后， 利用開(kāi)發(fā)大比表面積和不同于的這種類(lèi)型的納米粘土的棒狀形態(tài)， 填加少量凹土能

5、夠提高聚合物機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。另一方面，最近的研究報(bào)道稱(chēng)各向異性的碳納米管（cnts）由于具有高的寬高比、機(jī)械強(qiáng)度、電導(dǎo)率、和熱穩(wěn)定性。故能夠有效加強(qiáng)纖維復(fù)合材料的性能。例如，報(bào)道稱(chēng)用2%濃度的多壁納米碳管、單壁納米碳管添加聚氨酯中，能夠分別提高其彈性模量38%和60%。然而，主要挑戰(zhàn)在于這種復(fù)合材料的加工，特別是實(shí)現(xiàn)碳納米管在聚合物中均勻分散。剛性棒狀硅酸鹽替代例如用凹土代替碳納米管可能是一種不改變材料本身納米均勻分散性并能提高聚合物性質(zhì)的替代。在離散和連續(xù)階段之間，以及強(qiáng)化熱分散的階段的界面附著力， 會(huì)直接影響復(fù)合材料的機(jī)械性能。對(duì)無(wú)機(jī)填料而言，表面改性是獲得強(qiáng)大的界面附著力最常見(jiàn)的和有

6、效的方式。這項(xiàng)工作的目的在于確定凹土表面處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性影響。在表面的親水性硅酸鹽上，用化學(xué)試劑處理成有機(jī)性質(zhì)，其目的在于改善其與pu基體的相容性。熱重分析（tga）和紅外光譜研究證實(shí)了有機(jī)化學(xué)修飾。隨后，通過(guò)原位聚合的方法將凹土和att納入聚氨酯內(nèi)部， 就成功制作了att-mdi /pu納米復(fù)合材料。對(duì)不同含量和化學(xué)因素的att-mdi /pu納米復(fù)合材料的物理、機(jī)械、熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)部分原料凹土(安格有限公司，iselin，新澤西州)經(jīng)大分子分散劑聚丙烯酸鈉(分子量4000至5000)的分散。脫水后，端羥基的單體1，4 - 丁二醇（bdo鱷梨研究化學(xué)品有限公司，莫

7、克姆，英國(guó)）和端羥基的和四氫呋喃（pthf;巴斯夫;分子量=2900弗洛厄姆公園，新澤西州）被用作為合成聚氨酯基體的原料。通過(guò)在78熔融mdi液體的過(guò)濾， 異氰酸酯的mdi（98; sigma-aldrich公司，圣路易斯，密蘇里州）得到了純化。在聚合反應(yīng)中， 二甲基甲酰胺(dmf， sigma-aldrich公司)被用作為載體溶劑。圖1 att的改性和化學(xué)結(jié)構(gòu)oh-att和mdi-att的制備圖1顯示的att棒的改性和化學(xué)結(jié)構(gòu)。500下加熱1小時(shí)，除去att表面的高分子分散劑。下一步， 在80，5m鹽酸中浸泡att1小時(shí)使表面上生成羥基同時(shí)除去鈉離子和其它雜質(zhì)。用去離子水和丙酮徹底洗滌后，將

8、att-oh在80下真空中干燥24小時(shí)。接著，將att-oh的研磨成粉，在600 ml丙酮超聲波中分散。在att表面移植異氰酸酯分子，過(guò)量（8-10克）脫水的mdi添加10克att-oh的混合物,在80下回流1小時(shí)。經(jīng)改性后，用丙酮洗滌att- mdi棒晶三到四次，在4000轉(zhuǎn)離心除去mdi根，最后在80下真空干燥24小時(shí)。并通過(guò)325目篩篩選，獲得了有機(jī)改性的att（att計(jì)量吸入器）。tga和傅里葉變換紅外光譜（ftir）被用來(lái)確定移植到att表面的的mdi數(shù)量，并確定化學(xué)鍵合情況。表征未改性的凹土的纖維狀態(tài)通過(guò)透射電子顯微鏡(縮寫(xiě)tem)表征展示(圖3)。在原始條件下，凹土纖維為棒狀形態(tài)

9、并形成一個(gè)隨機(jī)去向的密集網(wǎng)絡(luò)。凹凸棒直徑約1520 nm，長(zhǎng)約幾微米。凹土高的縱橫比(長(zhǎng)度直徑比)能夠?qū)е戮哂杏绊戇B續(xù)聚合體的高比表面區(qū)域形成。因此，可以預(yù)計(jì)到在凹土顆粒與聚氨酯革之間能形成強(qiáng)烈相互作用。凹土/聚氨酯復(fù)合材料差熱法測(cè)量整齊的聚氨酯革和凹土/聚氨酯復(fù)合材料電鏡掃描結(jié)果匯總于表二。數(shù)據(jù)顯示結(jié)構(gòu)上巨大不同的證據(jù)在于凹土表面和聚氨酯網(wǎng)絡(luò)的不同。聚氨酯的結(jié)構(gòu)包括硬段和軟段，故可以預(yù)測(cè)其有兩個(gè)熔點(diǎn)溫度。然而，透射電鏡曲線(xiàn)顯示只有一個(gè)高峰，這個(gè)峰與軟段的熔點(diǎn)溫度相關(guān)。與硬段熔點(diǎn)溫度相關(guān)的峰在透射顯微鏡上缺失。這種缺失歸因于含有有小的熱容量變化的無(wú)效硬段運(yùn)動(dòng)和在聚氨酯內(nèi)部廣泛分散的硬段基體。表

10、二 純聚氨酯與復(fù)合att/pu材料的熱學(xué)性能拉伸性能在圖8中， 不同att-mdi納米復(fù)合材料屈服強(qiáng)度和彈性模量值繪制成納米填料含量功能圖。相比于純聚氨酯而言，att-mdi/pu納米復(fù)合材料的拉伸性能顯著增加。圖8表明，聚氨酯中加填重約2.5用mdi改性的凹凸棒，其楊氏模量和拉伸屈服強(qiáng)度分別增加36%和12。與純聚氨酯革比較而言， 在聚氨酯革中加填重約10%mdi改性凹土，其抗拉強(qiáng)度和楊氏模量增加超過(guò)75%。彈性模量的增加來(lái)源于用mdi改性凹凸棒補(bǔ)強(qiáng)作用。圖8 填充凹土不同量的att-mdi/pu復(fù)合材料的屈服應(yīng)力和楊氏模量熱降解傳統(tǒng)的聚氨酯往往熱穩(wěn)定性差，然而，聚氨酯革加入的用mdi改性的

11、凹凸棒預(yù)計(jì)將提高熱穩(wěn)定性能。用熱重分析儀測(cè)量attmdi/pu納米復(fù)合材料和純的聚氨酯革的分解溫度，結(jié)果如圖10所示。pu和attmdi/pu納米復(fù)合材料的重量損失可以分為兩個(gè)階段（如果忽略體200以下水分蒸發(fā)引起的小重量損失）。第一階段（280-370），硬段分解時(shí)25的重量損失。第二階段，pu和att-mdi/pu納米復(fù)合材料分別開(kāi)始于370和380，重量損失主要從軟段分解產(chǎn)生，與羅維奇等一致。兩個(gè)階段純pu與attmdi/pu納米復(fù)合材料相比在分解溫度上至少相差10。產(chǎn)生差異，是由于att-mdi的棒狀結(jié)構(gòu)可以聚合物網(wǎng)絡(luò)的物理屏障，并限制在界面的氣體擴(kuò)散，從而影響其動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。圖10 純

12、pu和att-mdi的熱降解溫度結(jié)論att/pu納米復(fù)合材料的合成由att官能團(tuán)分兩個(gè)步驟共聚生成。由此生成的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出的結(jié)晶性，熱穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度比純pu高。這項(xiàng)研究結(jié)果歸因于填充凹凸棒石的化學(xué)改性，產(chǎn)生了合適的表面兼容性和基質(zhì)系統(tǒng)反應(yīng)。分散相和連續(xù)相之間的化學(xué)鍵造就了一個(gè)分散比較均勻和強(qiáng)的界面粘接。填充凹凸棒石的化學(xué)改性也促進(jìn)網(wǎng)狀的納米復(fù)合材料的發(fā)展。對(duì)聚合物進(jìn)一步改進(jìn)與應(yīng)用有可能使得其表面處理方式得到優(yōu)化。除了給少量納米棒提供機(jī)會(huì)，用增強(qiáng)性能的粘合劑和復(fù)合材料來(lái)設(shè)計(jì)聚合物。參考文獻(xiàn)1. lin, j. r.; chen, l. w. j appl polym sci 1998,

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