河南大学张治军教授团队：表面改性纳米二氧化硅的制备及其在橡胶复合材料中的“聚集-崩破”行为

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采用液相原位表面修饰技术，通过调控二氧化硅表面官能团含量，结合喷雾干燥技术，对纳米二氧化硅进行二次造粒处理，制备了宏观粒径为200-400 μm的表面官能化纳米二氧化硅。

在橡胶纳米复合材料加工过程中，对不同混炼阶段纳米微粒在橡胶基体中的分散状态进行了考察，发现纳米二氧化硅在混炼中迅速崩解，实现了纳米微粒的宏观聚集和微观分散。研究了纳米微粒的宏观聚集状态对混炼扭矩的影响，发现造粒后的纳米微粒可降低混炼扭矩约30.9%，降低混炼能耗9.7 %。动态机械性能研究发现，纳米二氧化硅的表面功能化可降低橡胶纳米复合材料滚动阻力30.4%，提升抗湿滑性能约12.0%，提升耐磨性能18.4%。纳米二氧化硅的表面功能化可有效平衡轮胎橡胶材料的“魔三角”性能，配合纳米材料的二次造粒技术，解决了纳米填料在聚合物基体中的分散难题。此外，研究工作中还详细考察了纳米二氧化硅表面接枝可反应性官能团对橡胶纳米复合材料性能的影响，为纳米二氧化硅的应用和高性能轮胎的制备，提供了技术和材料基础。

研究工作分别发表在Composites Science and Technology(2020. 108482，SCI一区，TOP，IF=7.092)、复合材料学报(2020,37(7):1703-1712，EI收录，中文核心)，题目分别为：Preparation of hexamethyl disilazane-surface functionalized nano-silica by controlling surface chemistry and its "agglomeration-collapse" behavior in solution polymerized styrene butadiene rubber/butadiene rubber composites(10.1016/j.compscitech.2020.108482)和表面功能化纳米SiO₂的制备及其在溶液聚合丁苯橡胶-顺丁橡胶中的应用(10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.002)。张治军教授和李小红教授为该论文的共同通讯作者，河南大学纳米材料工程研究中心为第一署名单位，2018级博士研究生田庆丰是论文第一作者。研究工作得到了河南大学研究生教育创新与质量提升计划(SYL18060147)、河南大学双一流学科培育项目(2018YLZDCG04)、河南省科技攻关项目(192102210190)、济源市重点专项和科技计划项目(19022015、19012004)的支持。

原文链接：

sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0266353820322727?via%3Dihub

https://doi.org/10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.002

近年来张治军教授团队围绕纳米二氧化硅产业化技术开发，建成了从小试（单釜20-50L）—中试（单釜500-2000L）—工程试验验证（单釜12000-16000L）的中试试验平台，形成了专利技术30余项，先后有21项向企业转化，孵化了河南海博瑞硅材料科技有限公司。该公司接产河南大学张治军教授团队“特种功能纳米二氧化硅”项目，建设“20万吨/年特种功能纳米二氧化硅”生产线，目前一期项目年产3万吨已经建成，预计10月底投产。

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