半互穿型有机/无机纳米复合水凝胶的合成及性能研究

论文摘要

聚合物/粘土纳米复合材料因具有优异的力学性能及较低廉的生产成本,已成为近二十年来功能材料领域中基础研究和应用开发的热点。其中聚合物/膨润土复合水凝胶的研究备受关注,它利用膨润土的天然活性和价廉的特性,将其引入有机三维网络中制备复合水凝胶,可提高凝胶的吸水倍率和吸水速度、改善耐盐性能、凝胶强度及热稳定性。本文采用阳离子聚电解质取代传统的表面活性剂为插层剂,对钠基膨润土进行插层改性,制备聚阳离子/钠基膨润土纳米复合物。X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果表明:阳离子聚电解质插入到膨润土的片层间,层间距扩大,片层结构被破坏,得到了剥离型的聚阳离子/钠基膨润土纳米复合物。不同分子量的聚阳离子对插层效果有很大的影响,可以通过控制聚阳离子分子量的大小,得到插层型或者剥离型的复合结构。将合成的聚合物/钠基膨润土纳米复合物与淀粉接枝丙烯酸网络互穿得到具有特殊半互穿结构的淀粉接枝丙烯酸/聚二甲基二烯丙基氯化铵/钠基膨润土两性半互穿纳米复合水凝胶。考察了合成条件对纳米复合水凝胶吸液性能的影响。结果表明:凝胶在去离子水中的最大吸水倍率为858g/g;在pH值为4~13较宽广的范围内,可保持较高的吸液倍率,在pH值13的溶液中,其吸液倍率为72 g/g;在浓度为0.1 mol/L的NaCl溶液中,吸液倍率可达81 g/g,呈现出一定的耐盐性;此外,在99%以上的含水量的条件下,纳米复合水凝胶的凝胶强度达到了28 kPa。为了提高水凝胶的吸液速度,以聚乙二醇(PEG)为生孔剂,通过生孔剂法制备了淀粉接枝丙烯酸/聚二甲基二烯丙基氯化铵/钠基膨润土多孔两性半互穿复合水凝胶。考察了PEG的分子量的、不同PEG的加入量及合成条件对凝胶孔的数目及孔径大小的影响。同时考察了多孔水凝胶的吸液动力学。由于孔状结构的存在,多孔水凝胶的吸水速度有了极大的提高,其达到饱和吸水量仅需10 min。以小分子单体甲醛和尿素通过单体插层缩聚法对膨润土进行插层处理,取得了良好的插层效果,之后将其与聚丙烯酸凝胶网络互穿制备了聚丙烯酸/脲醛树脂/钠基膨润土半互穿纳米复合水凝胶,并考察了膨润土的含量对凝胶吸液性能的影响。当膨润土的加入量为5 wt.%时,凝胶吸去离子水量为983 g/g。性能测试表明:在pH值为4~13较宽广的范围内,凝胶可保持较高的吸液倍率,在pH=13时,其吸液倍率为126 g/g;当NaCl的浓度为0.1 mol/L时,吸液倍率为113 g/g,呈现一定的耐盐性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1 聚合物/粘土纳米复合材料
• 1.1 粘土结构
• 1.2 插层剂
• 1.3 聚合物/粘土纳米复合材料的结构
• 1.4 聚合物/粘土纳米复合材料的制备方法
• 2 有机/无机复合水凝胶
• 2.1 聚丙烯酸/膨润土复合水凝胶
• 2.2 聚丙烯酰胺类/膨润土复合水凝胶
• 2.3 淀粉/膨润土复合水凝胶
• 2.4 其他
• 3 本论文的设想及主要研究工作
• 第二章 季铵盐阳离子聚电解质对钠基膨润土的插层研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂和药品
• 2.2 实验过程
• 2.3 PDMDAAC/BENT 及PDMC/BENT 纳米复合物结构表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 PDMDAAC/BENT 纳米复合物的基本特性
• 3.2 PDMC/BENT 纳米复合物的基本特性
• 4 结论
• 第三章 聚合物溶液插层法合成淀粉接枝丙烯酸/聚二甲基二烯丙基氯化铵/钠基膨润土两性半互穿纳米复合水凝胶
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂和药品
• 2.2 两性半互穿纳米复合水凝胶的制备
• 2.3 两性半互穿纳米复合水凝胶结构表征与性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 红外光谱图（FTIR）
• 3.2 X 射线粉末衍射分析（XRD）
• 3.3 合成条件的考察
• 4 结论
• 第四章 单体插层聚合法合成淀粉接枝丙烯酸/聚二甲基二烯丙基氯化铵/钠基膨润土两性半互穿纳米复合水凝胶
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂和药品
• 2.2 单体插层聚合法制备PDMDAAC/BENT 纳米复合物
• 2.3 两性半互穿纳米复合水凝胶的制备
• 2.4 两性半互穿纳米复合水凝胶的结构表征与性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 红外光谱图（FTIR）
• 3.2 X 射线粉末衍射分析（XRD）
• 3.3 合成条件的考察
• 4 结论
• 第五章 多孔两性半互穿复合水凝胶的合成及性能测试
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与药品
• 2.2 实验过程
• 2.3 多孔两性半互穿复合水凝胶的表征与性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 多孔两性半互穿复合水凝胶的结构表征
• 3.2 多孔两性半互穿复合水凝胶的性能测定
• 3.3 吸液动力学研究
• 4 结论
• 第六章 单体缩聚插层法合成聚丙烯酸/脲醛树脂/钠基膨润土半互穿纳米复合水凝胶
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂和药品
• 2.2 脲醛树脂/膨润土纳米复合物的合成
• 2.3 半互穿纳米复合水凝胶的合成
• 2.4 半互穿纳米复合水凝胶结构表征与性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 红外光谱图（FTIR）
• 3.2 X 射线粉末衍射分析（XRD）
• 3.3 透射电镜分析（TEM）
• 3.4 合成条件的考察
• 4 结论
• 参考文献
• 在读期间论文发表完成情况
• 致谢