高分子复合材料中键合剂在不同纳米填料表面的吸附能计算

摘要

由高分子、填料、键合剂及各种功能助剂组成的高分子复合材料广泛应用于轮胎、含能材料、医疗、环保、建筑、交通等行业。键合剂在填料表面的吸附特性对高分子复合材料的性能有重要影响。分别以未改性的高氯酸铵、炭黑和二氧化硅填料为对象,利用第一性原理计算评估了五种键合剂分子,即三乙醇胺(TEA)、三氟化硼三乙醇胺络合物(T313)、N,N′-二邻甲苯胍(DOTG)、N,N′-二苯基硫脲(DPTU)和二苯胍(DPG),在填料表面的吸附能。计算结果表明,随着填料基底层数的增加,吸附能逐渐增加,最后趋于一个稳定值。其中TEA和T313键合剂在高氯酸铵表面的吸附能为-0.84~-1.37 e V;DOTG、DPTU和DPG在炭黑表面的吸附能为-1.01~-1.29 e V;在二氧化硅表面的吸附能为-0.87~-0.94 eV;在接枝羟基的二氧化硅上的吸附能为-1.16~-1.36 eV。依次考察了单层炭黑点缺陷(单空位缺陷、双空位缺陷、Stone-Wales缺陷)和二氧化硅表面接枝羟基对吸附能的影响,发现单空位和双空位缺陷对吸附能影响不大,而Stone-Wales缺陷和二氧化硅接枝羟基显著增加吸附能。