本文關鍵詞：不同維度的納米粒子懸浮體系的流變學研究

  更多相關文章： 納米二氧化硅 聚苯乙烯微球 纖維素納米晶 膠體懸浮液 流變學

【摘要】：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注的研究對象。懸浮顆粒尺寸、維度以及與懸浮介質之間的相互作用的差異必然使得懸浮體系的流動與變形呈現(xiàn)出不同的特點,因此懸浮體系的流變行為強烈依賴于這些內(nèi)部多層次的結構因素。有關這方面的研究對于膠體懸浮體系的實際應用具有重要的科學意義。因此,本文選取了尺寸、維度不同的納米粒子如二氧化硅(Si02)、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。目的在于探究納米粒子的維度、懸浮介質中高分子鏈段的柔韌性以及兩者的相互作用對懸浮體系流變性能的影響。主要結論如下：(1)對于SiO2/PVA和PS微球/PVA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Si02粒徑為50nm,質量分數(shù)達到10%時,體系會出現(xiàn)剪切變稀行為；不過在相同的濃度下,體系粘度隨著Si02粒徑的增大出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢；在動態(tài)流變測試中,Si02會使懸浮體系的儲能模量(G')、損耗模量(G")和復數(shù)粘度(|η*|)在整個頻率范圍內(nèi)有所增大,不過在實驗的Si02濃度范圍內(nèi),懸浮體系粘彈性仍以粘性為主；只有當Si02粒徑為達到350nm,質量濃度達到20%時,體系才會出現(xiàn)了類固態(tài)響應。對于PS微球的懸浮體系,在相同的質量濃度和粒徑(150nm)下,它的粘度和剪切變稀的程度明顯高于Si02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)對于NCC/PVA體系：由于氫鍵的作用,NCC在PVA溶液中能達到良好的分散效果,形成穩(wěn)定的懸浮液。隨著NCC質量濃度的增加,NCC/PVA懸浮體系的動態(tài)模量呈單調增加的趨勢,且NCC在0.4-0.7wt%間即會形成逾滲網(wǎng)絡結構；該體系在大振幅剪切(LAOS)流下出現(xiàn)了應變稀化和弱應變過沖行為,而在瞬態(tài)流變測試中,體系會表現(xiàn)出明顯的應力過沖行為,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,體系應力過沖的最大值都出現(xiàn)在應變水平4-5,表現(xiàn)出明顯的應變標度性,且在長時域內(nèi)存在非零殘余應力行為。此外,NCC的存在能夠很好地改善PVA溶液的靜電紡絲性能。(3)對于NCC/CMC體系：同樣由于氫鍵的作用,以及相似的分子結構,NCC在CMC溶液中也能達到良好的分散效果,形成穩(wěn)定的懸浮液。隨NCC質量濃度的增加,懸浮體系的動態(tài)模量值呈單調增加的趨勢；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)應力作用下也表現(xiàn)出明顯的過沖行為,且應力過沖同樣在應變水平4-5時出現(xiàn)最大值,表現(xiàn)出應變標度性；不過在相同的剪切速率水平下,NCC/CMC懸浮體系比NCC/PVA體系有著更強的過沖響應。此外,NCC的存在可以提高CMC溶液的可紡性,溶解PVA后能夠進一步拓寬CMC的紡絲加工窗口。
【關鍵詞】：納米二氧化硅 聚苯乙烯微球 纖維素納米晶 膠體懸浮液 流變學
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O648.22
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-28
• 1.1 懸浮體系概述9-16
• 1.1.1 懸浮體系的分類11-12
• 1.1.2 膠體懸浮液簡介12-13
• 1.1.3 膠體懸浮液的相圖13-16
• 1.2 懸浮體系流變學16-26
• 1.2.1 懸浮體系粘度的影響因素17-22
• 1.2.2 懸浮體系流變學的研究進展22-26
• 1.3 論文研究意義與內(nèi)容26-28
• 1.3.1 研究目的26
• 1.3.2 研究內(nèi)容26-27
• 1.3.3 研究創(chuàng)新點27-28
• 2 納米微球懸浮體系的流變學28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實驗部分29-31
• 2.2.1 實驗試劑29
• 2.2.2 實驗儀器29-30
• 2.2.3 實驗步驟30
• 2.2.4 測試與表征30-31
• 2.3 結果與討論31-43
• 2.3.1 SiO_2單分散微球的形貌表征31-33
• 2.3.2 PS單分散微球的形貌表征33-34
• 2.3.3 SiO_2、PS懸浮體系的穩(wěn)定性測試34-35
• 2.3.4 不同粒徑的SiO_2/PVA懸浮體系的流變性能35-40
• 2.3.5 SiO_2、PS懸浮體系流變性能對比40-43
• 2.4 本章小結43-44
• 3 纖維素納米晶/聚乙烯醇懸浮體系的流變行為及其靜電紡絲44-58
• 3.1 引言44-45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 實驗試劑45
• 3.2.2 實驗儀器45-46
• 3.2.3 實驗步驟46
• 3.2.4 測試與表征46-47
• 3.3 結果與討論47-57
• 3.3.1 NCC的形貌表征47-48
• 3.3.2 NCC/PVA懸浮體系的AFM表征48-49
• 3.3.3 NCC/PVA懸浮體系的紅外表征49
• 3.3.4 NCC/PVA懸浮體系的XRD表征49-50
• 3.3.5 NCC/PVA懸浮體系的流變行為50-54
• 3.3.6 NCC/PVA懸浮體系的靜電紡絲54-57
• 3.4 本章小結57-58
• 4 纖維素納米晶/羧甲基纖維素懸浮體系的流變行為及其電紡改良58-73
• 4.1 引言58-59
• 4.2 實驗部分59-61
• 4.2.1 實驗試劑59
• 4.2.2 實驗儀器59-60
• 4.2.3 實驗步驟60
• 4.2.4 測試與表征60-61
• 4.3 結果與討論61-72
• 4.3.1 NCC/CMC懸浮體系的AFM表征61-62
• 4.3.2 NCC/CMC懸浮體系的XRD表征62
• 4.3.3 NCC/CMC懸浮體系的流變行為62-69
• 4.3.4 NCC/CMC懸浮體系的靜電紡絲69-71
• 4.3.5 NCC/CMC懸浮體系的電紡改性71-72
• 4.4 本章小結72-73
• 5 結論73-75
• 參考文獻75-86
• 攻讀碩士期間取得的成果及參加的學術會議86-87
• 致謝87-88

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本文編號：909669