磁控取向蒙脱石/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究

论文摘要

磁性纳米微粒以其独特的性能与高分子复合后,不但保留高分子易处理、柔软、质量小、耐腐蚀、绝缘等性质,还会改善复合材料力学性能、提高材料热性能、提高成型加工性、增强耐磨性等。其中,磁性层状矿物在高分子基底取向后形成的有序纳米复合材料,在光、电、磁和热学性能方面会有很大程度的改善。本论文通过磁场调控磁性有机蒙脱石在聚酰亚胺（PI）中的取向行为,来制备高取向的复合薄膜,主要开展了以下几方面的工作：（1）以氯化十六烷基吡啶（CPC）为有机改性剂、纳米Fe304为磁性组分改性蒙脱石,制备了两种磁性有机蒙脱石（Fe3O4-CPC-MMT和CPC-Fe3O4-MMT）,两种磁性有机蒙脱石的形成机理和性能差异研究表明CPC-Fe3O4-MMT的堆积更松散,更易剥离,有机物含量较高,磁性能较强,更适合作为填料添加到高分子基体中制备复合材料。（2）将磁性有机蒙脱石作为功能填料添加到PI中,采用原位聚合法在外加磁场作用下制备了不同含量、不同取向蒙脱石／聚酰亚胺纳米复合薄膜。通过XRD、 FT-IR、FE-SEM-EDS、TEM、TGA、UV-Vis、接触角等多种测试方法表征复合薄膜的结构、形貌和组成,结果表明蒙脱石片层取向方向与外加磁场方向一致。（3）研究了CPC-Fe3O4-MMT/PI复合薄膜的紫外吸收性能、气体阻隔性能、磁性能和光学性能,不同填料含量和不同取向的复合薄膜在以上性能方面表现出各项异性。（4）探索了磁性有机蒙脱石对TNT废水处理效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁性纳米复合材料研究进展
• 1.2.1 磁性纳米粒子
• 1.2.2 磁性纳米复合微粒
• 1.2.3 磁性纳米微粒/高分子复合材料
• 1.3 有序磁性纳米微粒/高分子复合材料研究进展
• 1.4 层状磁性微粒/高分子复合材料研究进展
• 1.5 本论文的选题依据和意义
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 1.7 本论文的创新之处
• 第2章 磁性有机蒙脱石的制备、表征及形成机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料和仪器
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验步骤及样品制备
• 2.3.1 磁性有机蒙脱石及其中间产物分散性
• 3O₄-CPC-MMT）'>2.3.2 先改性后复合制备磁性有机蒙脱石（Fe₃O₄-CPC-MMT）
• 3O₄-MMT）'>2.3.3 先复合后改性制备磁性有机蒙脱石（CPC-Fe₃O₄-MMT）
• 2.3.4 磁性有机蒙脱石制备的形成机理研究
• 2.4 结构表征与性能测试
• 2.4.1 X射线衍射测试（XRD）
• 2.4.2 傅立叶变换红外光谱分析（FT-IR）
• 2.4.3 接触角测量
• 2.4.4 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）
• 2.4.5 透射电镜（TEM）
• 2.4.6 热重分析（TGA）
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 反应介质的选择
• 3O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的结构表征'>2.5.2 Fe₃O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的结构表征
• 3O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的形态表征'>2.5.3 Fe₃O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的形态表征
• 3O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的形成机理研究'>2.5.4 Fe₃O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的形成机理研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 磁性有机蒙脱石的性能研究及应用探索
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料和仪器
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验步骤及样品制备
• 3O₄-MMT的磁性能研究'>3.3.1 CPC-Fe₃O₄-MMT的磁性能研究
• 3O₄-CPC-MMT或CPC-Fe₃O₄-MMT的稳定性研究'>3.3.2 Fe₃O₄-CPC-MMT或CPC-Fe₃O₄-MMT的稳定性研究
• 3.3.3 磁性有机蒙脱石吸附TNT红水中有机物
• 3.4 表征
• 3.4.1 振动样品磁强计分析（VSM）
• 3.4.2 X射线衍射测试（XRD）
• 3.4.3 热重分析（TGA）
• 3.4.4 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM-EDS）
• 3.4.5 COD测试
• 3.5 结果与讨论
• 3O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的磁性能研究'>3.5.1 Fe₃O₄-CPC-MMT和CPC-Fe₃O₄-MMT的磁性能研究
• 3O₄-CPC-MMT或CPC-Fe₃O₄-MMT的稳定性研究'>3.5.2 Fe₃O₄-CPC-MMT或CPC-Fe₃O₄-MMT的稳定性研究
• 3.5.3 磁性有机蒙脱石吸附TNT红水中有机物探索
• 3.6 本章小结
• 第4章 磁控取向蒙脱石/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料和仪器
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验步骤及样品制备
• 3O₄-MMT/PI取向复合薄膜的制备'>4.3.1 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI取向复合薄膜的制备
• 4.3.2 水蒸气透过性能研究
• 4.4 表征
• 4.4.1 X射线衍射测试（XRD、2D-XRD）
• 4.4.2 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）
• 4.4.3 紫外可见分光光度计分析（UV-Vis）
• 4.4.4 振动样品磁强计分析（VSM）
• 4.5 结果与讨论
• 3O₄-MMT/PI复合薄膜的结构表征'>4.5.1 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI复合薄膜的结构表征
• 3O₄-MMT/PI复合薄膜的取向机理研究'>4.5.2 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI复合薄膜的取向机理研究
• 3O₄-MMT/PI复合薄膜的光学性能研究'>4.5.3 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI复合薄膜的光学性能研究
• 3O₄-MMT/PI复合薄膜的水蒸气透过性能研究'>4.5.4 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI复合薄膜的水蒸气透过性能研究
• 3O₄-MMT/PI复合薄膜的磁性能研究'>4.5.5 CPC-Fe₃O₄-MMT/PI复合薄膜的磁性能研究
• 3O₄-MMT/PAA复合薄膜的特殊光学性能'>4.5.6 CPC-Fe₃O₄-MMT/PAA复合薄膜的特殊光学性能
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 存在问题及今后工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录