NR纳米复合材料

NR纳米复合材料（精选三篇）

NR纳米复合材料 篇1

纳米氧化锌 (NZnO) 与ZnO相比, 粒径小, 比表面积大, 表层原子密集程度高, 因而具有较强的反应活性, 替代普通ZnO可以减量使用, 而在硫化过程中所提供的硫化速度和交联密度则相当, 因而也被称为活性ZnO。其作为硫化活化剂在橡胶工业中取得了广泛的应用[3,4,5,6,7,8]。本实验主要研究了NZnO在NR/SBR胶料中的应用, 并对其力学性能、热学性能进行研究, 以其实现NZnO在NR/SBR胶料中有效分散, 从而提高硫化胶的性能。

1 实验部分

1.1 原材料

天然橡胶 (NR) , 泰国烟胶片;丁苯橡胶 (SBR) , 中国石油吉化集团公司;ZnO (AR) , 国药集团化学试剂有限公司;纳米ZnO (NZnO) 株州市众乐化工有限责任公司;N220橡胶用碳黑;促进剂M (2-硫醇基苯并噻唑) ;促进剂D (二苯胍) ;促进剂DM (二硫化四甲基秋兰姆) ;防老化剂 (N-苯基-ß-苯胺) ;机器油;硫磺。

1.2 仪器与设备

开放式炼胶机, SK-160B, 上海橡胶机械厂;平板硫化机, QLB-D, 上海第一橡胶机械厂;拉力试验机, X-250A, 广州试验仪器厂;磨耗试验机, WML-76, 江都试验仪器公司;邵式硬度计, XY-1, 上海化工机械四厂;热重分析仪, WRT-2, 上海天平仪器厂。

1.3 试样制备

利用炼胶机将NR、SBR混炼, 然后依次加入硬脂酸、ZnO (或NZnO) 、各类促进剂、防老化剂, 最后加入填料和机器油, 冷却后加硫黄混炼均匀 (配方见表1) 硫化成型后即为复合材料。

份

1.4 性能表征

(1) 拉伸性能

按GB/T 528-92标准, 将试样裁剪为哑铃形, 在XLD-A型电子拉力机上测定试样的拉伸性能, 拉伸速度为500mm/min。

(2) 邵氏硬度

按GB/T 531-92标准, 使用XY-1型橡胶硬度计测定试样的硬度。

(3) 耐磨性能

磨耗样为条状, 两面打磨后粘于胶轮上。预磨15～20min后, 刷净胶屑, 称其重量。试样磨3416转后, 刷净胶屑, 称其质量。按GB/T533测定试样的密度。根据所测定的样品磨耗质量、密度并计算出磨耗体积。

热重分析 (TGA) 采用上海天平仪器厂WRT-2型TG型热重分析仪研究材料的热稳定性。测试条件:升温速率10℃/min, 温度范围:50～750℃。

2 结果及讨论

2.1 硫化曲线

材料经混炼机混炼后, 利用硫变仪测流变性能。在硫化温度150℃下, 测定胶料的硫化时间 (见图1) 。

由图1得知, 随反应时间的增加, 扭矩逐渐增加, 当反应时间达到15min后, 曲线达到平衡, 因而确定胶料的硫化条件为:150℃×15min。

2.2 NZnO的粒径及比表面积

ZnO的形状多是冰糖状的四方形, 也有少量长方形, 粒子尺寸大约是200～500nm。而NZnO的形状多是细长小粒柱, 基本成圆球型或球链型, 也有极少量的四方形, 粒子尺寸大约是30～100nm。NZnO的平均粒径为ZnO的1/10, 即0.035～0.05μm的范围, 比表面积为45～50m2·g-1, 为普通ZnO的10倍 (见表2) , 且微晶尺寸小, 表面无序度高, 因而有很大的活性。

2.3 拉伸性能、硬度

材料的拉伸性能及硬度见表3。

从表3可以看出, ZnO用量为5份的材料, 改用活性ZnO 2份或3份就能达到材料同样的拉伸效果, 即减量了40%～60%。同时发现, 使用2～3份NZnO的胶料硬度比使用5份ZnO的胶料硬度略有增加, 邵氏硬度从63增加到67。

试验中使用的NZnO, 其化学成分和ZnO相同, 且纯度上不如ZnO, 但由于它的粒度细到100mm以下而进入纳米材料的范畴。其表现出的小尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等使材料的性能出现质的飞跃。有研究表明:随粒径的减小, 粒子的表面光滑度变差, 会形成凹凸不平的原子台阶, 这就大大增加其化学反应的接触面及活性。可能正是由于NZnO粒子细, 表面活性大, 使得胶料中的交联键数目增多, 交联密度增大致使硫化胶的力学性能提高。作为硫化活性剂使用, 用量大幅度降低。

2.4 磨耗性

试样的磨耗性及密度见表4。

由表4可见, 1#, 2#, 3#相比, 试样的耐磨性逐渐增加。其中2#的磨损质量为0.3641g, 3#的磨损质量为0.3334g, 1#的磨损质量为0.3689g。且由于填料添加量减小, 试样的密度也逐渐减小。通过数据可以证实:NZnO减量使用不会影响胶料的耐磨性的, 反而会有所提高。

2.5 热重分析

图2为试样的热失重图, 表5为试样的起始热失重温度和最大热失重分解温度。

结合图2和表5可以看出, 与1#相比, 2#、3#的耐热性能增加。由此可见, 利用NZnO替代ZnO作硫化活化剂, 不仅可以减少ZnO的质量, 且能保持试样的力学性能和耐热性能提高, 因此NZnO替代ZnO作硫化活化剂将成为以后发展的趋势, 具有很好的发展前景。

3 结 论

(1) NZnO粒径小, 比表面积大。将其添加到橡胶中能替代ZnO, 且与ZnO相比能减量50%左右。

(2) 与添加5份ZnO的NR/SBR材料相比, 加入3份NZnO后, 试样的拉伸强度、耐磨性、硬度、热性能提高, 且NZnO用量减半时, 其硫化特性与普通ZnO相当。

参考文献

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[2]魏爱龙, 魏廷贤, 扬风伟, 等.纳米氧化锌对橡胶性能的影响研究[J].橡胶工业, 2001, 48 (9) :534-537.

[3]徐文总, 马德柱, 梁俐.纳米ZnO对天然橡胶交联反应和热稳定性的影响[J].应用化学, 2002, 19 (12) :1186-1188.

[4]周丽玲, 陈桂兰, 傅政, 等.纳米氧化锌的结构形态及其在BR中的应用[J].橡胶工业, 2003, 50 (1) :15-18.

[5]王韶晖, 张萍, 王声乐, 等.纳米氧化锌改性胶粉/天然橡胶复合材料的制备及性能[J].高分子材料科学与工程, 2003, 19 (6) :119-122.

[6]赵光贤, 徐志钢, 孙泽宇.纳米氧化锌在SR中的应用[J].橡胶工业, 2004, 51 (1) :28-31.

[7]陈月辉, 赵光贤.纳米材料的特性和制备方法及应用[J].橡胶工业, 2004, 3 (51) :182-183.

NR纳米复合材料 篇2

纳米石墨薄片及聚合物/石墨纳米复合材料制备与功能特征研究

摘要：分析与总结了聚合物/石墨纳米功能复合材料制备方法,还根据制备纳米功能复合材料所需的纳米微观结构和功能特征介绍了石墨和膨胀石墨微观结构、膨胀石墨的物化性能,并对纳米石墨薄片制备和修饰进行研究,最后提出聚合物/石墨纳米功能复合材料发展方向. 作者： 黄仁和王力 Author： 作者单位： 山东科技大学,济南校区,山东,济南,250031 期 刊： 功能材料 ISTICEIPKU Journal： JOURNAL OF FUNCTIONAL MATERIALS CONTENTS 年，卷(期)： ,36(1) 分类号： B150.4530 F430.50 关键词： 聚合物 石墨 纳米石墨薄片 纳米功能复合材料 制备方法 机标分类号： TB3 TQ1 机标关键词： 纳米石墨薄片聚合物复合材料制备纳米功能复合材料微观结构膨胀石墨制备方法物化性能功能特征材料发展材料所 基金项目： 纳米石墨薄片及聚合物/石墨纳米复合材料制备与功能特征研究[期刊论文]功能材料 --2005,36(1)黄仁和王力分析与总结了聚合物/石墨纳米功能复合材料制备方法,还根据制备纳米功能复合材料所需的.纳米微观结构和功能特征介绍了石墨和膨胀石墨微观结构、膨胀石墨的物化性能,并对纳米石墨薄片制备和修饰进行研究,最后提出聚合物/石...

NR纳米复合材料 篇3

关键词：纳米氧化铈,大鼠肺泡巨噬细胞,NR8383,增殖,毒性

纳米氧化铈兼具纳米材料和稀土的特性, 广泛应用于石油精炼、抛光粉、涂料、燃料、食品抗氧化剂等[1]。纳米二氧化铈已在欧洲等全世界范围用作柴油燃料添加剂, 它的使用可以提高燃料燃烧效率并减少柴油机废气排放量[2]。纳米氧化铈随着汽车尾气的排放释放到空气中, 被土壤、水、人体、生物等吸收, 就需要对纳米氧化铈进行环境和生物安全效应进行评估。Aitken等[3]调查发现, 呼吸道摄入被公认为是摄取纳米材料的最主要途径, 尤其涉及职业范围群体和消费人群。目前, 国内外纳米氧化铈对肺组织细胞的作用效应与机理尚缺乏。本文以体外培养的大鼠肺泡巨噬细胞NR8383为研究对象, 观察纳米氧化铈对其增殖的影响, 旨在探索纳米氧化铈对大鼠肺泡巨噬细胞NR8383的作用效果, 为纳米氧化铈在呼吸相关领域作用的研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

纳米氧化铈20.8 nm (美国, Sigma) , 纳米氧化铈50~100 nm、300~500 nm、1~5μm (杭州万景新材料有限公司) 大鼠肺泡巨噬细胞NR8383 (上海中科院细胞库)

1.2

试剂F12K (美国, Sigma) , 特级胎牛血清 (澳大利亚, Aus Gene X) , 青链霉素 (Hyclone) , 二甲基亚砜 (DMSO) (美国, Sigma) , CCK-8细胞增殖-毒性检测试剂盒 (日本同仁)

1.3 主要仪器

CO2培养箱 (新加坡, ESCO CCL-170B-8) , 酶标仪 (深圳, MB-580) , 倒置显微镜 (上海, Motic-AE31) , 扫描电子显微镜 (日本, JEOL JSM-7500F) , 动态光散射仪 (美国, BI-200SM) , 数控超声波清洗器 (昆山, KQ2200DE)

1.4 实验方法

1.4.1 纳米氧化铈的表征

SEM检测纳米二氧化铈形态及粒径分布:将少许样品用无水乙醇充分稀释, 用超声仪分散, 取约5μL滴于硅片上, 干燥处理后, 真空条件下进行表面喷金, 采用扫描电子显微镜观察粒子的尺寸大小及形貌。

1.4.2 细胞培养

大鼠肺泡巨噬细胞NR8383培养于含20%胎牛血清, 1%双抗 (10 000 U/m L青霉素和10 000μg/m L链霉素) 的F12K培养基中, 于37℃、5%CO2的培养箱中培养至对数期。

1.4.3 大鼠肺泡巨噬细胞NR8383细胞增殖检测

(1) 取对数生长期的细胞, 将细胞吹打成单细胞悬液, 调整细胞密度至2×105/m L接种于96孔板中, 每孔100μL, 37℃、5%CO2培养箱内培养24 h, 加入10μL不含血清的F12K培养基配制的9种不同质量浓度20.8 nm Ce O2-NPs (Sigma) 氧化铈悬液, 终浓度分别为200、100、50、20、10、5、2.5、1.25、0.625μg/m L, 阴性对照组 (0μg/m L) 加入10μL无血清F12K培养液, 每组6个复孔。置37℃、5%CO2培养箱内培养24 h后, 加入10μL CCK-8试剂, 37℃孵育1~4 h。用酶标仪在450nm波长处测定每孔的吸光值。 (2) 将氧化铈粒径20.8 nm、50~100 nm、300~500 nm、1~5μm, 浓度变为100、50、20、10μg/m L, 以同样方法进行与细胞的作用, 进行吸光值读值。实验组的吸光值与对照组相比得出的百分率即为细胞存活率。每组实验至少重复3次。

1.4.4 统计学处理

计量资料结果采用±s表示, 应用SPSS 17.0统计软件, 两组比较用t-test进行统计学分析, 多组采用方差分析进行统计学分析, 检验水准α=0.05, P<0.05认为有显著性差异, 图中用*表示。

2 实验结果

2.1 纳米氧化铈的表征

扫描电镜 (scanning eleitron microscope, SEM) 检测纳米二氧化铈形态及粒径分布:本实验利用扫描电镜的高能电子束在样品上扫描时激发的二次电子等物理信号来调制一个同步扫描的等亮度显像管而成像的原理, 用于分析样品的表面形貌、晶体结构、组成及分布是否均匀等。

如图1所示, 图A Sigma Ce O2-NPs的单个粒子直径 (20.8±3.8) nm, 外形近似圆球形, 颗粒有凝聚现象。图B、C、D Ce O2-NPs的粒径分别为: (35±3) nm、 (68±10) nm、 (287±27) nm。

A-D分别表示不同纳米氧化铈粒径

2.2 大鼠肺泡巨噬细胞NR8383细胞增殖检测结果

(1) 如表1和图2所示, 不同浓度Sigma 20.8 nm Nano-Ce O2作用于NR8383细胞24 h后, 在所选范围浓度内, 与对照组相比, 1.25、2.5、5μg/m L浓度下细胞存活率降低, 但不明显;其它浓度下细胞存活率随浓度的增大而升高, 其中100、200μg/m L浓度下存活率分别达到119.29%和118.21%, 差异有统计学意义。表明氧化铈对NR8383细胞增殖有略微不同程度的促进作用, 毒性作用不明显, 有浓度依赖性。 (2) 如表2和图3所示, 不同浓度的四种粒径Ce O2-NPs作用于NR8383细胞24 h后, 100μg/m L浓度下, 20 nm、50~100 nm、300~500 nm、1~5μm四种粒径均促进细胞增殖;50μg/m L浓度下, 纳米组促进细胞增殖, 微米组存活率为97.08%有一定毒性;20μg/m L浓度下, 除50~100 nm, 其它三种粒径均促进细胞增殖, 且20 nm粒径的存活率最高129.88%;10μg/m L浓度下, 20、50~100 nm促进细胞增殖, 且20 nm存活率最高109.93%, 300~500 nm和1~5μm抑制细胞增殖。而尺寸效应不明显。

如表2和图4所示, 20 nm Ce O2-NPs各浓度均促进细胞增殖, 作用显著;50~100 nm Ce O2-NPs, 除20μg/m L浓度下存活率为91.44%, 其它浓度下存活率均高于对照组, 且50、100μg/m L浓度下作用显著;300~500 nm Ce O2-NPs 10μg/m L存活率微降低, 其它浓度下存活率为升高;1~5μm组, 100、20μg/m L浓度存活率稍微增高, 50、10μg/m L浓度存活率降低呈微毒性作用。

注:P=0.001, *P<0.05vs对照组, n=6

注:P20 nm=0.021, P20μg/m L=0.002, *P<0.05、**P<0.01vs对照组, n=3

(*P<0.05vs对照组, n=6)

(*P<0.05、**P<0.01vs对照组, n=3)

(*P<0.05、**P<0.01vs对照组, n=3)

3 讨论

本试验结果表明, 就20.8 nm Ce O2-NPs而言, 细胞毒性不明显, 略微促进细胞增殖, 除1.25、5μg/m L浓度外, 可以看出浓度越高促进作用明显, 浓度越低越接近正常对照组。促进细胞增殖可能与纳米氧化铈的稀土生物学特性有关, 铈离子可能是某些酶的激活剂, 一定浓度下可能提高细胞活力诱导细胞增殖。Ce O2纳米颗粒一般为面心立方结构, 铈离子优先形成较稳定的Ce4+, 以萤石结构形成结晶, 1个铈原子周围有8个氧原子, 形成四面体结构[4]。晶粒中负2价氧阴离子极易脱落, 造成氧空位缺陷, 导致正负电荷不平衡, 使得晶格表面部分带正电荷的Ce4+转变为Ce3+来平衡电荷。当不稳定的Ce3+遇到氧化剂重新转化为Ce4+, 这样氧化铈可能会表现一定的抵抗氧化的作用[5]。纳米氧化铈的表面结构、大小、铈粒子电子价位都会随氧原子空缺而多变[6,7], 因此其具有很高的化学活性[8], 铈离子很容易适应所处化学环境而大幅度调整电子构型[9], 维持着细胞内氧化还原动态平衡。氧化铈具有多种生物膜活性[10], 能清除多余的氧自由基等有害物质, 对细胞有一定的保护作用。而剂量效应跟铈离子浓度相关, 可能一定范围浓度内铈离子高的发挥作用多。

另外进一步研究四种粒径20、50~100、300~500 nm、1~5μm四种浓度100、50、20、10μg/m L Ce O2与NR8383细胞的作用, 纳米组氧化铈在细胞毒性表现一定的保护作用, 小粒径的更加明显, 而1~5μm某些浓度下对细胞呈现弱毒性;剂量、尺寸效应不明显。X-射线光电子能谱实验[11]证明晶粒越小, 比表面积越大, 晶粒表面的氧空位缺陷越多, Ce3+浓度也就越大, 越容易发挥Ce3+/Ce4+转化作用。故小粒径的纳米氧化铈相对促增殖作用强。而微米氧化铈不像纳米氧化铈诸多特性, 就细胞而言当作单纯的外来物处理, 可能造成急性微损伤。此范围内的剂量、尺寸效应不明显, 可能是所选浓度范围小, 趋势不明显看不出剂量效应;由于纳米颗粒具有团聚现象, 在溶液中甚为严重, 而团聚程度不尽相同, 故尺寸效应不明显。