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江南大学
博士学位论文
MOPTMS改善稻壳纳米白炭黑有机溶剂分散性研究
姓名:李煜林
申请学位级别:博士
专业:粮食油脂及植物蛋白工程
指导教师:陈正行
2011-07
摘要
摘要
我国稻谷产量居世界首位。稻壳是稻谷加工的最大副产品,是富含硅化合物的可再
生资源。以稻壳为资源制备白炭黑,是有效利用稻壳的途径之一。目前采用传统方法制
备的白炭黑粒径大、有机溶剂分散性差,限制了其广泛应用。本论文在获得低粒径纳米
白炭黑制备工艺基础上,以硅烷偶联剂γ-***丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MOPTMS)
为改性剂,以改善纳米白炭黑有机溶剂分散性为研究目标,研究获得了纳米白炭黑在众
多有机溶剂中有良好分散的改性工艺、有助于提高其有机溶剂分散性廉价的 MOPTMS
溶剂及其改性条件,改性产品对我国应用最广的丁苯橡胶具有显著的补强作用。主要研
究内容和结论如下:
以水玻璃浓度和 10%H2SO4 溶液滴加速度为考察因素,正交实验获得了低粒径纳米
白炭黑制备工艺:每 300 mL 浓度为 %的水玻璃,10%H2SO4 溶液以 mL/min 速
度滴加,产品平均粒径为 30 nm。TEM 分析表明,其在有机溶剂中呈现一定程度聚集。
用 6 种不同工艺改性纳米白炭黑,获得最佳改性工艺:MOPTMS 无水乙醇溶液逐
滴加入,对成品改性。改性后纳米白炭黑 DBP 吸收值从 增加到 cm3/g,表面羟基
数从 降到 number/nm2。FT-IR 分析和 29Si CP MAS NMR 分析表明纳米白炭黑被
MOPTMS 改性了。其亲油化值从 0°增加到 °,疏水率从 0 增加到 %,在水中从
不分层变为 1h 后分层,从不分散于环己烷中变为 20min 后分层,从 1mL 移液管中不流
动变为 25s 流出,TEM 分析表明其能较好分散于有机溶剂中,在无水乙醇、CH2Cl2、
CCl4、环己烷和液体石蜡中的分散性从 0、0、0、0 和 g/100mL 分别增加到 、、
、 和 g/100mL。这说明获得的最佳改性工艺是有效的。
用不同浓度的 MOPTMS 水溶液、无水乙醇溶液、***溶液、正丁醇溶液、正己醇
溶液、CH2Cl2 溶液、l4 溶液改性纳米白炭黑。结果表明: mol/L
MOPTMS 水溶液改性效果最好。改性后纳米白炭黑 DBP 吸收值从 增加到为
cm3/g,表面羟基数从 降到 number/nm2。FT-IR 分析和 29Si CP MAS NMR 分析表
明纳米白炭黑改性程度被加深。其亲油化值从 °增加到 °,疏水率从 %增加
到 %,在水中从 1h 后分层变为 45min 后分层,在环己烷中从 20min 后分层变为 30min
后分层,从 1mL 移液管中 25s 流出变为 20s 流出,TEM 分析表明其能更好地分散于有
机溶剂中,在无水乙醇、l4、环己烷和液体石蜡中的分散性从 、、、
和 g/100mL 分别增加到 、、、 和 g/100mL。这说明 MOPTMS
水溶液改性效果要好于 MOPTMS 无水乙醇溶液。
研究了水与纳米白炭黑分散比例、MOPTMS 水溶液浓度和用量、反应温度和时间
对改性效果的影响,获得最佳改性条件为:水与纳米白炭黑分散比例为 10, MOPTMS
水溶液浓度为 mol/L,用量为 30 mL/10g 白炭黑,在 80 ℃下反应 h。改性后纳米
白炭黑 DBP 吸收值从 增加到 cm3/g,表面羟基数从 降到 number/nm2。FT-IR
分析和 29Si CP MAS NMR 分析表明纳米白炭黑改性程度被进一步加深。其亲油化值从
°增加到 °,疏水率从 %增加到 %,在水中从 45min 后分层变为 30min
I
江南大学博士学位论文
后分层,在环己烷中从 30min 后分层变为不分层,从 1mL 移液管中 20s 流出变为 15s
流出,TEM 分析表明其有机溶剂分散性进一步改善,在无水乙醇、l4、环
己烷和液体石蜡中的分散性从 、、、 和 g/100mL 分别增加到 、
、、 和 g/100mL。这说明获得的最佳改性条件是有效的。
将纳米