ZnO含量对PVA/ZnO纳米复合材料性能的影响开题报告

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1. 研究目的与意义

聚乙烯醇( pva)是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，它是由聚醋酸乙烯

2. 国内外研究现状分析

（1）纳米zno 制备的传统方法制备纳米zno 的传统方法有很多, 总体上可分为物理法和化学法两大类。1. 1 物理法物理法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术, 将普通级别的zno 粉碎至超细。张伟等研究了利用立式振动磨制备纳米zno 粉体的过程和技术, 得到zno 的超细粉体, 最细粒度可达0 1m。此法虽然工艺简单, 但具有能耗大, 产品纯度低, 粒度分布不均匀, 研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点, 最大的不足是该法得不到1 ~ 100nm 的粉体, 因此工业上不常用此法。1. 2 化学法化学法是在控制条件下, 从原子或分子的成核, 生成或凝聚成具有一定尺寸和形状的粒子。常见的化学合成方法有液相法、气相法和固相法。1. 2. 1 液相法液相法操作简单易行, 成本低廉, 产物纯度高, 但洗涤沉淀中的阴离子较困难, 且生成的产品粒子粒径分布较宽, 分散性较差。其中, 液相法又主要包括以下几种制备方式。( 1) 直接沉淀法该法主要是通过往可溶性锌盐中加入沉淀剂, 使锌的沉淀从溶液中析出, 并将阴离子洗去, 经分离、干燥、热解得到纳米zno。常见的沉淀剂为氨水( nh 3 h 2o) 、碳酸铵( ( nh4 ) 2 co3 ) 和草酸铵[ ( nh4 ) 2 c2o4 ] 。不同的沉淀剂, 其生成的沉淀产物也不同, 故其分解温度也不同。此法的操作较为简单易行, 对设备要求不高, 成本较低, 但粒度分布较宽, 分散性差,洗涤溶液中的阴离子较困难。( 2) 均匀沉淀法该法主要是利用沉淀剂的缓慢分解, 与溶液中的构晶离子结合, 从而使沉淀缓慢均匀的生成。常用的均匀沉淀剂有尿素和六次甲基四胺。祖庸等以尿素、硝酸锌为原料, 采用均匀沉淀法制备了纳米级zno 粉体, 平均粒径为15~ 80nm。此法可避免共沉淀, 克服沉淀剂所造成的局部不均的现象, 可获得粒度、分子形貌和化学组成都均一的纳米zno。因氢氧化锌具有两性, 必须将ph 值维持在狭小的范围内。因此不能用控制铵离子和氨的比值来减少共沉淀。( 3) 溶胶凝胶法该法主要是利用锌的金属酸盐或醇盐为原料, 在有机介质中进行水解、缩聚反应, 使溶液经溶胶凝胶化过程得到凝胶, 凝胶经干燥、煅烧成粉体。丛昱等以草酸锌为原料、柠檬酸三铵为络合剂, 通过溶胶凝胶法对zn( oh ) 2 凝胶在400度下锻烧2h 获得了六方晶型纳米级zno 超细粉, 纯度为99. 25%( w t) , 平均粒径为30nm, 粒径分布范围窄。该法设备简单、操作方便、污染小、生产周期短、产物均匀度高、分散性好, 纯度高, 反应过程易控制, 但原料成本昂贵, 在高温下进行热处理时有团聚现象。( 4) 微乳液法( 反相胶束法)该法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液, 剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个微泡, 微泡的表面被表面活性剂所包裹。该制备技术的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液。近年来用w/ o 型微乳液制备超细粉体得以流行。yu baolong 等[ 6] 在锌盐溶液中加入甲苯和表面活性剂, 在碱性条件下搅拌成微乳液, 经脱水制得粒径约10nm 的zno。此法装置简单、操作容易、粒度均匀可控, 但成本费用较高, 仍有团聚问题, 进入工业化生产目前有一定难度。1. 2. 3 固相法室温固相合成纳米氧化物是近年来发展起来的一种新方法。首先制备固相前驱物, 进而前驱物经高温热分解或微波辐射热分解制备纳米zno。固相法制备具有操作和设备简单安全, 工艺流程短等优点, 所以工业化生产前景比较乐观; 其不足之处是制备过程中容易引入杂质, 纯度低, 颗粒不均匀以及形状难以控制。根据使用的原料不同, 固相法又主要包括以下几种制备方式。( 1) 碳酸锌法利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌, 在200 烘1h, 得纳米zno 初产品; 经去离子水、无水乙醇洗涤, 过滤、干燥可得纳米zno 产品。( 2) 氢氧化锌法利用硝酸锌制得前驱物氢氧化锌, 在600 保持2h, 高温热分解得纳米zno。( 3) 草酸锌法利用醋酸锌和草酸反应制得前驱物znc2o4 2h 2o, 经微波辐射分解30min 制备纳米zno[ 9] 。此法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点, 同时也充分显示了固相合成反应无需溶剂、无团聚、产率高、反应条件易掌握、环境污染少等优点。引用微波辐射法制备纳米zno, 不会受分解温度的影响, 而焙烧分解时应注意分解温度的控制, 否则粒径会因温度过高而团聚。

改善pva

近几年来, 国内外在改善pva 热塑加工性能方面采用的方法有: 1) 加入丙三醇、乙二醇、水等小分子物质进行增塑, 但这些小分子在长期使用中易析出制品表面, 影响制品的性能,所以应用较少; 2) 加入单体原位聚合( 如尼龙单体等) , 形成与pva 有互补结构的聚合物或辅以少量极性小分子物质, 在pva 体系中均匀分散并形成氢键作用, 打乱pva 分子的规整排列, 使其结晶度及熔点降低; 3) 与其它单体共聚, 如乙烯- 乙烯醇( evoh) ; 4) 控制分子量及醇解度, 分子量越小、醇解度越低, 其熔融温度越低。国内在这方面的研究主要有四川大学高分子研究所、轻工业塑料加工应用研究所和北京工商大学材料科学与工程系。其中四川大学高分子研究所王琪[ 7] 等通过制备与pva 有互补结构的聚合物和增塑剂, 限制了pva 的结晶, 降低了pva 的熔点, 增加了其热稳定性, 可以实现pva 的热塑加工。其大致工艺路线 : 1) 将起始原料( 按重量计) 可聚合单体5~ 45 份溶于水5~ 40 份配成一定浓度的溶液, 然后加入辅助添加剂0. 1~ 20 份, 搅拌成均匀的溶液; 2) 将上述溶液于150 溶胀pva( 聚合度500~ 2000, 醇解度为87% ~ 100%) 40~ 85 份; 3) 将溶胀良好的pva 进行热塑加工, 温度为80~ 190度, 将热塑成型材料于温度100~ 200度热处理5~ 30min。研究发现, 改性剂的加入大大改善了pva的热塑加工性能, 在140 即可热压成型, 且膜均匀性好、厚度小、强度高、柔韧性好、透明性高。轻工业塑料加工应用研究所及北京工商大材料科学与工程系项爱民等通过加入醇胺类塑化改性剂, 降低了pva 的塑化温度。研究发现, 在相同的塑化改性剂用量下, 随着pva 相对分子质量的增加, 其塑化温度升高。

3. 研究的基本内容与计划

（1）用均匀沉淀法制备纳米氧化锌，根据不同配比，不同温度，不同反应时间，不同浓度下得到的纳米粒子的粒径不同来判断那种条件是最佳条件。

(2)复合材料制备工艺将加入100ml水的zno超声分散后，加入pva，室温搅拌后干燥。

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4. 研究创新点

（1）均匀沉淀法制备纳米氧化锌粒子该法主要是利用沉淀剂的缓慢分解, 与溶液中的构晶离子结合, 从而使沉淀缓慢均匀的生成。常用的均匀沉淀剂有尿素和六次甲基四胺。祖庸等以尿素、硝酸锌为原料, 采用均匀沉淀法制备了纳米级ZnO 粉体, 平均粒径为15~ 80nm。此法可避免共沉淀, 克服沉淀剂所造成的局部不均的现象, 可获得粒度、分子形貌和化学组成都均一的纳米ZnO。因氢氧化锌具有两性, 必须将pH 值维持在狭小的范围内。因此不能用控制铵离子和氨的比值来减少共沉淀。

（2）好多文献资料都用熔融挤出法制备复合材料，本次试验我们将采用流延法制备复合材料。先将原料制成一定固含量的溶胶，再流延涂布到镜面不锈钢带上，经干燥成膜后从钢带上剥离，切边收卷获得成品膜。