本文關(guān)鍵詞：不同維度的納米粒子懸浮體系的流變學(xué)研究

  更多相關(guān)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(xué)

【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(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)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(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/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(dāng)Si02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Si02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,Si02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Si02濃度范圍內(nèi),懸浮體系粘彈性仍以粘性為主；只有當(dāng)Si02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Si02懸浮體系,且前者在線性粘彈區(qū)的模量增長(zhǎng)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)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(zhǎng)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NCC/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)最大值,表現(xiàn)出應(yīng)變標(biāo)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(qiáng)的過沖響應(yīng)。此外,NCC的存在可以提高CMC溶液的可紡性,溶解PVA后能夠進(jìn)一步拓寬CMC的紡絲加工窗口。
【關(guān)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(xué)
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jiǎn)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(xué)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(xué)的研究進(jìn)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?jī)?nèi)容26-27
• 1.3.3 研究創(chuàng)新點(diǎn)27-28
• 2 納米微球懸浮體系的流變學(xué)28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑29
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器29-30
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟30
• 2.2.4 測(cè)試與表征30-31
• 2.3 結(jié)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(cè)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(duì)比40-43
• 2.4 本章小結(jié)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(shí)驗(yàn)部分45-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑45
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器45-46
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟46
• 3.2.4 測(cè)試與表征46-47
• 3.3 結(jié)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(jié)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(shí)驗(yàn)部分59-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑59
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器59-60
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟60
• 4.2.4 測(cè)試與表征60-61
• 4.3 結(jié)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(jié)72-73
• 5 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-86
• 攻讀碩士期間取得的成果及參加的學(xué)術(shù)會(huì)議86-87
• 致謝87-88

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