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超声处理增强多孔聚合物复合薄膜的热物理性能gydF4y2Ba

Debashis熊猫gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,桑杰·库马尔·鲁特gydF4y2Ba2gydF4y2Ba*gydF4y2Ba还有Payodhar PadhigydF4y2Ba1gydF4y2Ba

1gydF4y2Ba印度奥里萨邦布巴内斯瓦尔高新技术医学院和医院研发中心gydF4y2Ba

2gydF4y2Ba印度奥里萨邦布巴内斯瓦尔科纳克科学技术研究所化学系gydF4y2Ba

*通讯作者:gydF4y2Ba
溃败gydF4y2Ba
化学系gydF4y2Ba
科纳克科学技术学院gydF4y2Ba
印度奥里萨邦贾特尼的科技公园gydF4y2Ba
电话:gydF4y2Ba+ 09438453824gydF4y2Ba
电子邮件:gydF4y2Ba (电子邮件保护)gydF4y2Ba

收到的日期gydF4y2Ba: 01/03/2018;gydF4y2Ba接受日期:gydF4y2Ba28/03/2018;gydF4y2Ba发布日期gydF4y2Ba: 07/04/2018gydF4y2Ba

DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000216gydF4y2Ba

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摘要gydF4y2Ba

通过系统的实验设计,优化了活性炭浓度对多孔聚合物复合膜(PPCF)热物理性能(孔隙率、热降解)的影响。本研究采用旋转和薄膜级线性低密度聚乙烯(LLDPE),通过改变聚合物基体中活性炭(AC) wt%的空化辅助固化路线合成PPCF。在一定的频率和时间条件下,水浴式声波发生器给出了空化效应。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、差热分析(DTA)、热重分析(TGA)和brunauer - emmettt - teller (BET)分析对制备的平板PPCF进行了表征,建立了填料浓度与其结构、形态和热属性之间的相关性。在两种不同等级的基质材料(roto和薄膜)中,roto等级的LLDPE不适合用于制备PPCF,因为它会出现结块现象,而低浓度的活性炭(5% wt%)则可以获得较好的膜级和保形覆盖效果。活化能随着填料浓度的增加而降低。超声处理可使LLDPEF 2.2和LLDPER 2.2的平均孔径分别从0.26 μm减小到0.15 μm(42.3%)和1.02 μm减小到0.54 μm(47.05%),孔隙率分别提高48.5%和13.84%,有利于填料在基质中的去团聚和均匀分散。除了气体分离/传感、催化、储能、光子学外,这些制备的PPCF还可以用作微穿孔吸声板。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

活性炭,均匀性,超声波,LLDPE, DTA, TGA,多孔gydF4y2Ba聚合物gydF4y2Ba复合膜gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

近年来,多孔聚合物复合薄膜(PPCF)因其独特而多样化的应用而引起了广泛的关注gydF4y2Ba光子学gydF4y2Ba、气体分离/感应、催化、能量储存、生物医学及组织工程[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba-gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba].特别是由碳质填料(如活性炭、石墨烯和碳纳米管)组成的多孔聚合物复合薄膜,由于其热化学稳定性、优异的耐化学性和优异的导热/导电性,具有巨大的用途[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba-gydF4y2Ba7gydF4y2Ba].多孔聚合物薄膜的制备技术有相分离、直接发泡、乳液模板、聚合物泡沫复制、浸泡沉淀法、涡流法、浸渍涂层和凝固处理等[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba-gydF4y2Ba10gydF4y2Ba].“呼吸图”是另一种著名的方法,通过在有机聚合物溶剂溶液表面凝结水蒸气来制备多孔聚合物薄膜[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba].通常,浸渍沉淀法用于有机多孔聚合物膜的制备。然而,在制造过程中,这些方法需要对加工环境进行精确控制。有时这些方法在经济上并不合适[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba].Teng等人。[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]以聚(3-己基噻吩)(P3HT)和(6,6)-苯- c61 -丁酸-甲基酯(PCBM)的氯仿溶液为原料,采用冷冻干燥法制备多孔聚合物复合薄膜,研究其润湿性和粘附行为。Kuo等人。[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]合成多孔聚苯乙烯/聚(乙烯基吡咯烷酮)(PS/PVP)薄膜,通过浸涂工艺相分离,用于防反射应用。森田等人。[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]将聚吡咯(PPy)粉末与多孔聚丙烯膜相结合制备了多孔复合膜,可用于控制离子渗透性。任何多孔聚合物复合薄膜或复合结构的理想性能取决于各种因素,如填料浓度、分散均匀性、表面能,当然还有孔隙率。在公开文献中有一篇相当描述性的综述论文,重点介绍了聚合物基复合材料在机械、电气、医疗等各种应用中的合成和利用。[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba-gydF4y2Ba17gydF4y2Ba].值得注意的是,在化学合成中,特别是在溶液处理方法中,控制两种聚合物相之间的相容性和填料在基体中的均匀分散是相当困难的[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba].事实上,任何聚合物基复合材料最重要的参数都是最佳表面张力与分离粒子最大分散的结合[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba].由于填料/聚合物溶液中颗粒间范德华力的作用,填料团聚gydF4y2Ba材料gydF4y2Ba在矩阵中是很常见的。因此,凝聚颗粒在液体介质中的分散将需要足够的力来打破颗粒之间的粘结。一般来说,搅拌最适合填料在基质中更好地分散。搅拌可通过剪切搅拌、回流搅拌、磁搅拌或最常见的超声搅拌来实现[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba-gydF4y2Ba22gydF4y2Ba].研究人员还试图提高填料与基体界面的粘附性,将官能团引入填料表面。氨基)或表面活性剂处理或等离子体处理[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba].杨等。[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba发现超声波可能是解决结块问题的有效方法。瞬态声空化和声流作用是细化微观结构、液体溶剂脱气和填料材料在基体中的良好分散。在空化过程中,声波通过交替产生高压(压缩)和低压(稀薄)在液体介质中传播。在低压循环中,气泡开始成核,达到最大尺寸,然后在高压循环中剧烈破裂。由此产生激波,其峰值速度有助于打破团聚,分散粒子间范德华键[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba].在聚合阶段,空化通过聚集体的分散或化学键的永久断裂,引起聚合或解聚反应的加剧[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba].此外,还观察到空化有助于提高多孔膜的渗透性,因为在任何流体介质中,膜振动时存在体质传递[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba].哈姆等人。[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba采用简单简便的超声法从暂稳定的油包水乳液中制备了大孔聚合物薄膜。Lee等人。[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]报道了薄膜的孔径大小可以通过简单地改变前驱体溶液的浓度以及基材表面聚合物链的长度来控制。通过增加聚苯乙烯接枝氧化石墨烯分散体的浓度,他们能够将薄膜的孔径从4 μm减小到1 μm。Overvelde等人[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba]用理论和实验手段裁剪弹性结构(软硅基橡胶)的孔隙形状,通过开发新型软、主动和可重构装置,在大范围的长度尺度上实现所需的机械性能,如横向收缩和压实。作者报道了结构中孔隙率值越小,宏观失稳结果压实受限,孔隙率值越高,材料在机械加载时越脆弱。除了机械和电气应用外,PPCF还被用作吸声材料。声压波即声波与固体结构相互作用时,通过固体框架的弯曲来耗散能量。如果固体表面无孔,入射能量反射回环境而丢失。然而,材料中的孔隙率增加了全内反射的数量,导致由于摩擦和适合吸收源的材料造成巨大的能量损失[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].事实上,在这些材料中,打开和穿过的孔隙更有助于吸音。此后,多孔材料作为吸声材料受到了极大的关注,因为多孔材料中存在孔洞/通道/间隙。最近的研究主要集中在改变材料的形态特性,如聚氨酯和泡沫,以增强声学性能(例如,振动和声衰减)[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba].杨等。[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]对比了不同界面形状的多层粘弹性复合材料的吸声性能。竞技场等。[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]报道称,微穿孔板是目前最好的吸声材料,因为其均匀的穿孔,可以使移动的空气分子与内部孔隙表面之间产生足够的摩擦,从而将声能转化为热量。坂神等人。[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]对不同穿孔尺寸的微穿孔面板吸声器进行了实验研究,找出了最佳吸声值。然而,据我们所知,很少有研究利用疏水的易导电LLDPE多孔聚合物复合薄膜作为微穿孔板吸声材料[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

本研究基于agydF4y2Ba沟通gydF4y2Ba新方法的;这里采用的技术非常简单和环保。这是一种更清洁的方法,因为该过程不污染环境,也不涉及有毒排放;进一步制备了适合不同工艺应用的多孔聚合物复合薄膜(PPCF)。这项研究的未来方面可以包括适当利用聚乙烯和炭黑(环境废物的副产品)来制造不同类型的PPCF,这可能在环境固体废物管理中发挥关键作用,造福社会。本文以薄膜级和旋转级线性低密度聚乙烯(LLDPE)为基体,以不同重量%的活性炭为填料,合成多孔聚合物复合薄膜。目前的实验建立了填料浓度与PPCF结构、形态和热方面的相关性,并解释了超声处理对孔隙度发展的影响。虽然还没有进行吸声实验,但我们的结果为制备的PPCF可能作为微穿孔吸声板的吸声材料的适用性提供了充分的验证。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

材料gydF4y2Ba

线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜等级(密度=0.918 g/cc)和旋转等级(密度=0.946 g/cc)由中央塑料研究所提供gydF4y2Ba工程gydF4y2Ba和技术(CIPET)布巴内斯瓦尔,奥里萨邦,印度作为一个连续阶段使用。无机填料选用Darco型商用活性炭(AC),购自Sigma Aldrich(纯度>99%)。苯酚购自Fisher Scientific UK Ltd;用作溶剂超声波浴(Bandelin-Germany Make- Model: RK-100H)用作超声波发生器,可产生频率为35khz的超声波。自制矩形耐热玻璃模具(尺寸=100 × 50毫米gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)和铸膜刀一起用于制备薄膜。gydF4y2Ba

多孔聚合物复合薄膜的制备gydF4y2Ba

material-sciences-illustrationgydF4y2Ba

图1:gydF4y2BaPPCF的制备原理图。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba,所示为PPCF的制备原理图。详细程序如下所示。gydF4y2Ba

•2 g不同等级的LLDPE颗粒(薄膜和旋转)在烤箱中以120°C/min的温度融化1小时。为了去除水分,填料材料(AC)在真空烤箱中以130°C/min的温度脱水8小时。gydF4y2Ba

•将不同wt%(5%, 10%和15%)的活性炭(填料分数)混合在100ml烧杯中的20ml苯酚(溶剂)中。所有悬浮液的组成是通过考虑AC填料的重量百分比(wt%)相对于所列的总溶质质量(填料+基质)表示的gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba.重量%计算AC如公式1所示gydF4y2Ba

表1。gydF4y2BaLLDPE PPCF中的填料分数(wt%)(薄膜级和旋转级)。gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba

•随后,将熔化的聚合物与AC和苯酚的混合物剧烈搅拌,然后在水浴超声器中进行超声分散0.5小时。超声在高温条件下(平均温度120°C)进行。gydF4y2Ba

•将热溶液倒入玻璃模具中,用铸刀压扁。铸膜在室温下干燥约6h。随后,将所得薄膜在惰性气氛中以缓慢的加热速率(1℃/分钟)煅烧至130℃3小时。gydF4y2Ba

•薄膜级LLDPE和旋转级LLDPE制备的PPCF分别记为LLDPEF和LLDPER。gydF4y2Ba

示例代码gydF4y2Ba 填充物重量(单位:克)gydF4y2Ba 聚乙烯重量(单位:克)gydF4y2Ba 填充分数(平均wt%)gydF4y2Ba
Ldpe (f / r) 2.2gydF4y2Ba 0.2gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba
Ldpe (f / r) 2.3gydF4y2Ba 0.3gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba
Ldpe (f / r) 3.2gydF4y2Ba 0.2gydF4y2Ba 3.gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba

描述gydF4y2Ba

采用qantachrome Autosorb iQ2自动气体吸附系统测定了填料(AC)的结构性质(比表面积、孔体积、孔径)。表面gydF4y2Ba形态gydF4y2Ba利用场发射扫描电子显微镜(FESEM型号ZEISS EM910)在15 kV电压下检测PPCF的成分。gydF4y2Ba

采用梅特勒-托莱多TGA/SDTA851热分析仪对PPCF的热稳定性和降解行为进行了热重研究。将样品转移到TG锅中,在室温下加热至800℃,升温速率为5℃/min。记录相应温度下的失重量和失重速率(dTG=dW/dT)。gydF4y2Ba

通过ImageJ自由软件对显微图像进行仔细分析,考察了空化前后PPCF的孔径分布。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

活性炭填料的结构表征gydF4y2Ba

活性炭粉末样品在施氮前在130°C的温度下抽真空8小时gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸附,而NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在-196.15℃时测定吸附量。Brunauer-Emmett-Teller(打赌)gydF4y2Ba表面gydF4y2Ba面积计算使用从相对压力(p/p0)从0.05到0.30之间的吸附中获得的数据。此外,利用非局域密度泛函理论(Non-Local Density Functional Theory, NLDFT)估算孔隙大小,孔隙体积由吸附氮量计算gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在p / pgydF4y2Ba0gydF4y2Ba单点吸附法=0.99。gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba表示填充材料的物理化学性质。活性炭的孔径属于介孔范围。结果表明,高比表面积活性炭适用于PPCF的制备。gydF4y2Ba

表2。gydF4y2Ba活性炭的理化性质。gydF4y2Ba

样本gydF4y2Ba 表面积(m)gydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba-1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 孔隙体积(cm)gydF4y2Ba3.gydF4y2BaggydF4y2Ba-1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 孔径大小(Å)gydF4y2Ba
DarcogydF4y2Ba 979gydF4y2Ba 0.51gydF4y2Ba 21.01gydF4y2Ba

PPCF的FESEMgydF4y2Ba

超声处理前后LLDPEPPCF薄膜和旋转分级的表面和截面FESEM图像如图所示gydF4y2Ba图2a-2f, 2agydF4y2Ba1gydF4y2Ba2 fgydF4y2Ba1gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba3 a-3f, 3gydF4y2Ba1gydF4y2Ba3 fgydF4y2Ba1gydF4y2Ba分别。这些图像是在15K到80K的名义放大倍率下拍摄的。很明显,在膜级LLDPE中添加5%填料,与wt%较高的LLDPE相比,碳在LLDPE载体中的均匀分布(10,15)。然而,随着填料浓度的增加,膜级和旋转级的团聚效应速率都增加。此外,与薄膜级相比,旋转级的团聚效应非常显著gydF4y2Ba图3 c-3fgydF4y2Ba.由于声波处理受峰值功率和样品量的影响较大,因此声波处理过程中产生的激波在低密度液体中比高密度液体更容易传播。因此,与较高的样本权重相比,较小的样本权重(AC的权重+ LLDPE的权重)表明有明显的保形覆盖[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba].除去团聚作用外,声波处理还有助于增加孔隙的流动性,因此较大的孔隙减少,并产生新的连续较小的孔隙,这是由于孔隙度的增加。PPCF中产生的大孔隙可能是几个裂纹的结合,也可能是煅烧过程中气泡的破裂[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba].可以看到,超声前LLDPEF 2.2截面上的大裂口在超声0.5 h后消失,产生较小的螺纹状孔隙gydF4y2Ba(图2 bgydF4y2Ba1gydF4y2Ba和2 dgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba,具有较强的增渗扩孔作用。超声空化对LLDPEF 2.2 PPCF中小孔形成的影响gydF4y2Ba图2a, 2b, 2agydF4y2Ba1gydF4y2Ba和2 bgydF4y2Ba1gydF4y2Ba分别。gydF4y2Ba

material-sciences-cross-sectionalgydF4y2Ba

图2:gydF4y2Ba插入横断面图像的LLDPE薄膜级PPCF超声前(左)和超声后(右)的FESEM表面图像:(a,b) LLDPEF 2.2的表面图像和(agydF4y2Ba1gydF4y2BabgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)对应的横断面图像;(c,d) LLDPEF 2.3的表面图像gydF4y2Ba1gydF4y2BadgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)对应的横断面图像;(e,f) LLDPEF 3.2的表面图像和(egydF4y2Ba1gydF4y2BafgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)对应的横断面图像。gydF4y2Ba

material-sciences-surfacegydF4y2Ba

图3:gydF4y2Ba插入切片图像的LLDPE旋转分级PPCF超声前(左)和超声后(右)的FESEM表面图像:(a,b) LLDPER 2.2的表面图像和(a1,b1)对应的切片图像;(c,d) LLDPER 2.3的表面图像gydF4y2Ba1gydF4y2BadgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)对应的横断面图像;(e,f) LLDPER 3.2的表面图像gydF4y2Ba1gydF4y2BafgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)对应的横截面图像。gydF4y2Ba

同样,采用能量色散x射线能谱(EDS)进行定性比较,以揭示超声处理前后PPCF元素组成的变化。由于碳是PPCF的主要元素,因此与碳相对应的信号峰值强度在超声前后没有变化,从这一点可以清楚地看出gydF4y2Ba图4a和4bgydF4y2Ba分别。gydF4y2Ba

material-sciences-sonicationgydF4y2Ba

图4:gydF4y2Ba选择(a)超声前LLDPEF 2.2和(b)超声后LLDPEF 2.2的EDS。gydF4y2Ba

PPCF的孔径分布gydF4y2Ba

通过统计孔径分布来说明超声处理0.5 h前后PPCF均质区孔隙密度、孔隙率及新孔隙成核情况。孔径分布分析主要考虑PPCF表面的“均质”部分,没有出现较大的孔隙和裂纹。假定孔隙是圆形的,并且彼此隔离。边缘位错效应被忽略。孔隙密度是通过除以单位面积上标记的孔隙数来计算的,而孔隙率是总多孔表面除以相应薄膜图像的总面积。计算的孔隙频率是指孔隙半径在r和r+i之间(其中i=0.5 μm是孔隙之间的中间间隙)的孔隙数与孔隙总数的比值。孔隙属性的理论计算早前已有报道[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba].孔隙大小的变化主要是由于起泡的性质以及气泡合并的可能性[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba].给出了两种PPCF (LLDPEF 2.2、LLDPER 2.2)超声处理前后的孔隙密度、孔隙率和平均孔径gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

表3。gydF4y2BaPPCF的孔径分布(LLDPER 2.2和LLDPER 2.2)。gydF4y2Ba

LLDPEF 2.2gydF4y2Ba lldpe 2.2gydF4y2Ba
之前gydF4y2Ba 后gydF4y2Ba 之前gydF4y2Ba 后gydF4y2Ba
孔隙密度(104 mgydF4y2Ba-2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 0.053±0.30gydF4y2Ba 0.064±0.20gydF4y2Ba 0.013±0.50gydF4y2Ba 0.060±0.80gydF4y2Ba
平均孔径(µm)gydF4y2Ba 0.26±0.27gydF4y2Ba 0.15±0.11gydF4y2Ba 1.02±1.13gydF4y2Ba 0.54±0.21gydF4y2Ba
孔隙度(%)gydF4y2Ba 7.79±0.15gydF4y2Ba 11.57±0.20gydF4y2Ba 9.03±0.20gydF4y2Ba 10.28±0.60gydF4y2Ba

这两部电影所选择的重点领域几乎相似。结果表明,超声处理后,两种情况下的平均孔径均减小了40-50%;然而,由于大量小孔隙的产生,孔隙密度和孔隙度增加了17-83%。这些变化表明了这两种薄膜空化后孔隙的性质。此外,为了集中反映孔隙形成的数量,绘制了相对频率与孔隙直径之间的关系图gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba.孔隙大小分布受空化作用的影响较大。在LLDPEF 2.2和LLDPER 2.2中,直径在0.5 ~ 1.2 μm之间的较大孔隙分别减小到0.15 μm和0.54 μm。结果表明,在两种情况下,较小孔隙(尺寸变化范围为0.05≈1μm)的均匀性变得更加频繁。然而,结果是更明显的薄膜级相比,旋转级。这表明,由于空化效应,在分子量较小的复合材料中,新的较小孔隙的成核可能会产生更多。水动力空化对减小孔隙尺寸甚至颗粒尺寸有显著作用,此前已有许多研究者报道[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba-gydF4y2Ba41gydF4y2Ba].孔隙尺寸的减小和孔隙度的增加与文中所列的其他研究相当gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

material-sciences-sizegydF4y2Ba

图5:gydF4y2Ba(a) LLDPEF 2.2和(b) LLDPER 2.2超声处理前后的孔径分布(μm)。gydF4y2Ba

表4。gydF4y2Ba各种多孔聚合物复合薄膜的孔隙率比较。gydF4y2Ba

复合gydF4y2Ba 制造方法gydF4y2Ba 孔径缩小(%)gydF4y2Ba 孔隙度(%)gydF4y2Ba 计算方法gydF4y2Ba 参考文献gydF4y2Ba
PVA / MWCNT + MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba SP和ESgydF4y2Ba 13.37gydF4y2Ba -gydF4y2Ba 扫描电镜gydF4y2Ba 42gydF4y2Ba
PMMA / MWCNTgydF4y2Ba 少量的酒gydF4y2Ba -gydF4y2Ba 37.30±0.3gydF4y2Ba 我们gydF4y2Ba 43gydF4y2Ba
PVDF /问gydF4y2Ba Breath-figuregydF4y2Ba 67.44gydF4y2Ba -gydF4y2Ba 扫描电镜gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba
PS /去gydF4y2Ba SPgydF4y2Ba -gydF4y2Ba 86.8 - -92.6gydF4y2Ba 分数gydF4y2Ba 38gydF4y2Ba
LLDPE /交流gydF4y2Ba SPgydF4y2Ba 42.30gydF4y2Ba 11.57±0.20gydF4y2Ba 扫描电镜gydF4y2Ba 本研究gydF4y2Ba

PPCF的热重分析gydF4y2Ba

热重分析是研究PPCF热性能的一种广泛应用的技术,它可以提供有关分解过程中热稳定性和动力学参数的必要信息[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba-gydF4y2Ba44gydF4y2Ba].为了考察LLDPEF 2.2、LLDPEF 2.3、LLDPEF 3.2和LLDPER 2.2这4种PPCF的热稳定性,在NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在25-1000°C的气氛中对质量为12毫克的不同样品进行处理。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba表示重量损失特性作为温度的函数。所有这些薄膜显示相似的热图,有三个不同的失重阶段,分别集中在110°C, 350°C和515°C左右。每个薄膜的重要降解区列于gydF4y2Ba表5gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

material-sciences-filmgydF4y2Ba

图6:gydF4y2BaLLDPE薄膜和旋转分级PPCF的TG/DTA曲线(a) LLDPEF 2.2;(b) LLDPEF 2.3;(c) LLDPEF 3.2和(d) LLDPER 2.2。gydF4y2Ba

表5所示。gydF4y2BaLLDPE薄膜和Roto级PPCF的分解特性。gydF4y2Ba

示例代码gydF4y2Ba T峰(°C)gydF4y2Ba 质量损失(%)gydF4y2Ba
LLDPEF 2.2gydF4y2Ba 515gydF4y2Ba 80.5gydF4y2Ba
LLDPEF 2.3gydF4y2Ba 515gydF4y2Ba 85.8gydF4y2Ba
LLDPEF 3.2gydF4y2Ba 515gydF4y2Ba 92.1gydF4y2Ba
lldpe 2.2gydF4y2Ba 500gydF4y2Ba 85.8gydF4y2Ba

在开始的温度范围内(100-220°C),首次失重占比小于0.5%,这可能是由于样品中除去水分或脱水苯酚(B.P=181.7°C) [gydF4y2Ba45gydF4y2Ba].同样,在温度范围内(300-380°C)出现失重近1.5%的第二失重区,可能是由于活性炭的挥发[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba].然而,第三个失重区域集中在(500-515°C),这归因于聚乙烯主链的完全热降解。随着填料(AC) wt%的增加,薄膜级LLDPE PPCF的热稳定性降低,但对于填料添加量为5%的旋转级LLDPE PPCF;减重量相当于10 wt%的薄膜等级,这表明旋转等级不适合薄膜制作,因此不适合气体分离应用[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba].为了更详细地描述TGA数据,采用Broido积分法对每个减肥过程的动力学进行评估[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba].任何化学热力学过程的变化率都可用反应动力学表示gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba

其中z是变形速率,取决于绝对温度t, n是反应的阶数。变形率或反应分数表示为在特定时间t的失重变化与在无限时间的失重或总失重的比值。常数表示为gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba

其中mgydF4y2Ba0gydF4y2Bam和mgydF4y2Ba∞gydF4y2Ba分别是t时刻和无穷时刻的初始样本权值。由于变形速率与温度有关,因此每个元素失重步骤都是唯一的。gydF4y2Ba

所以反应速率可以用阿伦尼乌斯方程的形式表示。gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(4)gydF4y2Ba

其中A是指前因子,E是活化能,R是气体常数。gydF4y2Ba

将eq.(1)代入eq.(3),将eq.(2)代入eq.(4),表达式可改写为gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(5)gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(6)gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(7)gydF4y2Ba

在T=T时,一阶反应遵循z=0的初始条件gydF4y2Ba0gydF4y2Ba可以用积分形式表示为gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(8)gydF4y2Ba

其中α为TGA实验中使用的升温速率。Broido提出的简化表达式可能足以概括膜失重阶段的活化能。gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(8)gydF4y2Ba

y是剩余分数的计算公式gydF4y2Ba

图像gydF4y2Ba(10)gydF4y2Ba

的情节gydF4y2Ba图像gydF4y2Ba与从式(9)中得到的逆温度(1/T)的关系给出了每一步的直线。因此活化能可由直线的斜率求出。所给经验公式中的属性单位支持SI。PPCF的降解为一级动力学,这与其他研究者的研究结果一致[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba,gydF4y2Ba50gydF4y2Ba].由于该过程在温度500-515°C区域降解最大,因此该区域成为比较分析活化能的兴趣区。各样品的活化能计算列于gydF4y2Ba表6gydF4y2Ba.活化能随着填料浓度的增加而降低。正如预期的那样,LLDPER 2.2的活化能最高,而LLDPEF的活化能由于活性炭的混合而急剧下降。二次相的存在导致聚合物膜的热稳定性降低,与原始聚合物相比活化能降低。由于LLDEF2.2与其他聚合物PPCF相比具有相对的活化能和更高的热稳定性,因此适合于高温应用。在我们的研究中,约48%的富集孔隙率相当高,与其他研究人员相当。例如,Knapen等人[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]研究了孔隙率为40%的多孔砂浆的吸声性能。他报告说,这样的孔隙度足以减少室内空间的声音传播,或者通过使用这种砂浆作为吸声屏来改善对室外噪声传播的控制。竞技场等。[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]报道穿孔直径应均匀,小于0.3 mm效果较好。因此,从研究人员的实验证据来看,很明显,合成的PPCF轴承丰富了孔隙率和高热稳定性,可以有效地用作各种室内应用的微穿孔吸声材料。gydF4y2Ba

表6所示。gydF4y2Ba用Broido积分法计算LLDPE薄膜和旋转分级PPCF的活化能。gydF4y2Ba

示例代码gydF4y2Ba 活化能(kJmolgydF4y2Ba-1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba
LLDPEF 2.2gydF4y2Ba 45.03gydF4y2Ba
LLDPEF 2.3gydF4y2Ba 44.23gydF4y2Ba
LLDPEF 3.2gydF4y2Ba 43.12gydF4y2Ba
lldpe 2.2gydF4y2Ba 45.82gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

一种简单易行的超声技术用于实现均匀的填料分散和孔隙形成。由于空化作用,大孔隙减少,产生新的连续的小孔隙。LLDPEF的平均孔径为2.2。LLDPEF 2.2。从0.26 μm减小到0.15 μm,从1.02 μm减小到0.54 μm,孔隙率分别提高48.5%和13.84%。在所有的PPCF中,LLDPEF 2.2 (5 wt%填料添加量)由于其分子量较低而再现了更好的结果。随着填料(AC) wt%的增加,膜级LLDPE PPCF的热稳定性和活化能呈下降趋势。最终,该研究显示了清楚的证据,旋转级LLDPE不适合用于电影制作,由于它的级联。由于其高孔隙率,可以有效地用作微穿孔吸声板。温度对孔隙形成和尺寸选择性应用的影响目前不在讨论范围之内。 Further research should be done to explore the application of ultrasound impulsion to template the pore geometry of porous polymer composite membrane for various filtrations, separation and sound absorbing applications.

确认gydF4y2Ba

作者通过第19-17/2008-RE号批准函感谢印度政府环境与森林部(MOEF)的财政支持。gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

全球科技峰会gydF4y2Ba