基于二氧化硅与机制砂的复合材料的制备及其性能研究

摘要

鉴于纳米SiO2易于工业化生产，具有较好的耐热性、耐压性等特性，更适合应用于铁路、高速公路、桥梁等建筑领域。然而，纳米SiO2比表面积大、表面能极高，易于发生微粒之间的团聚，难以与基料很好结合，导致材料性能下降，影响纳米SiO2微粒所具有的功能得到应有的发挥。因此，本文通过纳米SiO2表面改性合成复合材料，提高纳米SiO2的分散性，减少团聚，有效的解决上述难题。水泥基复合材料以硅酸盐水泥为基体构成的复合材料，广泛应用于房屋、铁路、公路、桥梁等建筑领域。机制砂是一种理想的细骨料，但是机制砂颗粒粗糙，这势必减弱水泥基复合材料的流动性，增加需水量。因此，本文通过高亲水聚合物改性水泥基复合材料，减弱机制砂对水泥基复合材料的流动性影响，提高机制砂的分散性、减少团聚。主要工作内容如下:
　　(1)利用丙烯酸和MPEG(2-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯)高分子化合物修饰机制砂(AS)制备一种新型复合材料，合成的复合材料能有效的改善机制砂石粉在水泥中的和易性，同时提供一种以化学接枝代替传统的物理吸附的理论思路。首先利用硅烷偶联剂γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(MPS)与机制砂石粉表面羟基反应，使机制砂石粉表面带有C=C化学官能团，然后与丙烯酸(AA)、MPEG高分子化合物共聚，生成的高分子化合物以化学键的方式链接在机制砂的表面。采用傅里叶变换红外光谱(FI-IR)、场发射扫描电镜、热重、X射线衍射手段表征了机制砂石粉的改性效果和结构。将合成的复合材料以不同的比例掺杂于水泥中，在净浆实验中研究合成材料与水泥的流动适应性和保持性。净浆实验表明，修饰后的机制砂石粉相比未修饰的机制砂石粉的可流动性及其保持性有较大改善，高分子化合物改性后的机制砂石粉于水泥中的流动适应性和保持性有显著的提高，该思路合成的新型材料对水泥基复合材料的理论研究有一定的现实意义。
　　(2)超细二氧化硅由于其优良的摩擦学性能，在润滑油添加剂领域倍受关注。本文介绍了超细二氧化硅的表面结构特征、表面改性机理及常用的改性方法，着重介绍了醇酯法、硅烷偶联剂法及表面聚合物接枝改性法，并对其改性趋势作了进一步探究。最后概述了超细二氧化硅在润滑油中的应用，并展望了其在润滑油中的应用发展趋势。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 二氧化硅粒子的表面化学修饰

1．2．1 偶联剂法

1．2．2 表面接枝法

1．2．3 一步法

1．3 纳米材料作为润滑油添加剂的简介

1．3．1 纳米润滑材料的研究背景

1．3．2 纳米润滑油添加剂的分类

1．3．3 纳米润滑材料的表面改性

1．4 机制砂的研究现状

1．4．1 机制砂发展的必然趋势

1．4．2 目前机制砂的生产实际情况

1．4．3 机制砂实际应用的主要问题

1．5 课题的提出

第二章 机制砂石粉表面的修饰及其性能的研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．2 制备流程

2．2．3 结构表征与性能表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 红外光谱与1H NMR的谱图分析

2．3．2 XRD的分析

2．3．3 SEM的分析

2．3．4 TG的分析

2．3．5 机制砂石粉与水泥和易性的研究

2．4 结论

第三章 SiO2-POSS的合成及其在润滑油中的应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要设备和合成原料

3．2．2 实验方法

3．2．3 结构表征与性能表征

3．3 结构与讨论

3．3．1 红外光谱与1H NMR的谱图分析

3．3．2 XRD的分析

3．3．3 TG与GPC的分析

3．3．4 SEM的分析

3．3．5 摩擦系数的分析

3．4 结论

第四章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况