【摘 要】
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CO_2作为主要的温室气体,每年的排放量都在递增,打破了能量收支的平衡。能量过多的累积会导致全球气候的变暖,严重破坏了生态坏境,给人们生产生活带来许多恶劣的影响。在倡导“绿色化学”和“可持续发展”的背景下,如何利用有效的方法将CO_2转化成对人们实用的产品成为研究的一大热点。本课题的研究内容是从CO_2出发,通过绿色化学反应途径合成新型的表面改性剂,对玄武岩纤维(BF)进行改性来增强尼龙-66(P
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CO2作为主要的温室气体,每年的排放量都在递增,打破了能量收支的平衡。能量过多的累积会导致全球气候的变暖,严重破坏了生态坏境,给人们生产生活带来许多恶劣的影响。在倡导“绿色化学”和“可持续发展”的背景下,如何利用有效的方法将CO2转化成对人们实用的产品成为研究的一大热点。本课题的研究内容是从CO2出发,通过绿色化学反应途径合成新型的表面改性剂,对玄武岩纤维(BF)进行改性来增强尼龙-66(PA66)的综合性能。本论文的工作以“绿色化学”为主旨,通过CO2和环氧化合物加成法制备了五元环状碳酸酯,利用盐酸-丙酮法测得环氧化合物的转化率。再通过控制反应温度、CO2压力、反应时间和催化剂的种类,逐步确定该反应的最佳反应条件。实验结果表明:以四丁基碘化铵(TBAI)为催化剂,反应温度为130oC,反应CO2压力为0.5 MPa的条件下反应48 h为缩水甘油醚的最佳反应条件;在此反应条件下,聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)和正丁基缩水甘油醚(BGE)的转化率达到92.7%和97.6%。因此,通过环氧化合物固定CO2的方法不仅绿色廉价环保,还有非常理想的转化率。本论文通过制备的五元环状碳酸酯与γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)上的伯氨基反应合成了两种新型的表面改性剂,此反应过程避免了异氰酸酯的使用。利用改性剂对BF表面进行改性,得到两种非异氰酸酯聚氨酯-玄武岩纤维杂化材料:KBF-P、KBF-B,并与PA66熔融共混制得BF增强的PA66复合材料,考察其力学性能和吸水率,并通过扫描电子显微镜(SEM)和同步热分析仪对复合材料的微观结构和热稳定性进行研究。实验结果表明:KBF-B表面粗糙,与PA66基体具有良好的相容性;与改性前相比,PA66/KBF-B的拉伸、弯曲、无缺口冲击强度提高了5.5%、5.9%、25.5%(纤维质量分数为20%);随着KBF-B含量的增加,PA66/KBF-B的力学性能均得到提高,当KBF-B质量分数达到40%时,PA66/KBF-B的拉伸、弯曲、无缺口冲击强度比纯PA66提高了161.1%、148.7%、112.7%,且优于相同纤维质量分数的PA66/玻璃纤维复合材料;PA66/KBF-B的饱和吸水率仅为3.8%,表明其具有优良的耐水性;改性后的复合材料在相同失重量的温度更高且放热焓更小,表明具有优良的热稳定性。本课题制备了环状碳酸酯/伯氨基-玄武岩纤维协同增强的尼龙-66复合材料,获得良好的综合性能,为CO2的合理利用和绿色化学反应途径提供良好的理论依据,同时扩展了环状碳酸酯的应用价值。
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