论文题目: 聚合物/粘土/碱金属离子插层复合物结构与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理化学
作者: 孙明波
导师: 侯万国
关键词: 聚氧乙烯,纳米插层复合物,粘土,射线光电子能谱,配合物
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 聚合物/粘土纳米复合材料由于具有比原聚合物更优异的机械和物理化学等性能而成为材料学界研究的热点之一。有关聚合物与粘土层间阳离子的相互作用机理及聚合物在粘土层间的构象已提出多种假设,但目前为止还未形成公认的理论,同时也缺乏直接的实验证据。深入研究聚合物/粘土插层复合物的形成机制以及构成复合物的各组分之间的相互作用,有助于进一步认识聚合物/粘土纳米复合材料的基本特性和拓展该类复合材料的应用范围。 本文采用X-射线光电子能谱（XPS）研究了聚合物（聚氧乙烯PEO、聚氧丙稀PPO）/粘土（蒙脱土MMT、锂皂石Lap）插层复合物中聚合物与粘土层间阳离子之间的相互作用:采用吸水膨胀实验考察了水分子对粘土层间聚合物与层间阳离子之间相互作用的影响;采用X.射线衍射（XRD）研究了PEO/粘土溶液插层复合物中PEO在粘土层间的构象。主要结论如下。 1.用离子交换法制备了钠-蒙脱土（Na-MMT）、钾-蒙脱土（K-MMT）和钙-蒙脱土（Ca-MMT）以及钠-锂皂石（Na-Lap）、钾-锂皂石（K-Lap）和钙-锂皂石（Ca-Lap）;用溶液插层法制备了聚氧乙烯（PEO）、聚氧丙稀（PPO）、环状冠醚（18-C-6）和二乙二醇（DEG）与钠-蒙脱土、钾-蒙脱土和钙-蒙脱土的插层复合物以及与钠-锂皂石（Na-Lap）、钾-锂皂石（K-Lap）和钙-锂皂石（Ca-Lap）的插层复合物,用XRD和IR对所制备的复合物样品进行了表征。聚合物和有机分子在粘土层间的插层使粘土的层间距明显增大,复合物的IR图谱中出现了聚合物和有机分子的CH伸缩振动吸收峰和CH2的旋转振动吸收峰,证明所制备的样品中聚合物或有机分子确实插入到了粘土的层间。 2.采用用XPS研究了聚合物和有机分子对粘土层间阳离子化学环境的影响,进而探讨了插层复合物中聚合物与阳离子之间的相互作用,类似工作还未见报道。研究结果表明,插层复合物中,PEO和18-C-6使K+和Na+的内层电子结合能降低,证明PEO和18-C-6与K+和Na+之间存在相互作用,PEO与K+和Na+形成了类似于与18-C-6与K+、Na+的配合物。PEO通过分子上的醚氧与阳离子配合,氧原子的孤对电子与中心金属离子共享,使金属离子外层电子密度增加,对内层电子的屏蔽作用增强,使内层电子的结合能降低。与PEO相比,PPO分子柔顺性差,不易扭曲,与阳离子配合能力差,因此PPO对K+和Na+内层电子
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 前言
1.1 聚合物／粘土插层复合物研究现状
1.1.1 PEO／粘土纳米复合材料的制备
1.1.2 PEO对粘土的插层
1.1.2.1 PEO在粘土层间的排布方式
1.1.2.2 PEO插层量的研究方法及影响因素
1.1.3 PEO／粘土纳米复合材料的电化学性质
1.1.3.1 粘土的介入对PEO结晶性的削弱导致导电性升高
1.1.3.2 影响PEO／粘土纳米复合材料导电性的其它因素
1.1.4 PEO／粘土纳米复合材料的形态学和流变学研究
1.2 本文研究的背景
1.2.1 粘土-层间阳离子之间的相互作用
1.2.1.1 粘土膨胀机理
1.2.1.2 层间阳离子在粘土晶层膨胀过程中的行为
1.2.2 PEO与金属阳离子之间的相互作用
1.2.3 PEO与粘土晶片之间的相互作用
1.2.4 粘土层间PEO与阳离子的相互作用和PEO的构象研究
1.3 本文的主要研究目的与意义
第二章 PEO／粘土／金属离子插层复合物的制备与表征
2.1 仪器与药品
2.1.1 主要仪器与设备
2.1.2 主要实验材料与药品
2.2 实验样品的制备
2.2.1 钠-蒙脱土、钾-蒙脱土、钙-蒙脱土和钠-锂皂石、钾-锂皂石和钙-锂皂石的制备
2.2.1.1 钠-蒙脱土、钾-蒙脱土和钙-蒙脱土的制备
2.2.1.2 钠-锂皂石、钾-锂皂石和钙-锂皂石的制备
2.2.2 插层复合物的制备
2.2.2.1 蒙脱土系列插层复合物的制备
2.2.2.2 合成锂皂石系列插层复合物的制备
2.3 插层复合物样品的表征
2.3.1 插层复合物样品的XRD表征
2.3.2 插层复合物样品的IR表征
2.4 本章结论
第三章 X-射线光电子能谱研究粘土层间聚合物与金属离子的相互作用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.3 结果与讨论
3.3.1 粘土层间1价阳离子与聚合物和有机分子的相互作用
3.3.1.1 蒙脱土层间1价阳离子与聚合物和有机分子的相互作用
3.3.1.2 锂皂石层间1价阳离子与聚合物和有机分子的相互作用
3.3.2 粘土层间2价阳离子与聚合物的相互作用
3.4 本章结论
第四章 水环境中聚合物／粘土／金属离子之间的相互作用研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.3 聚合物／粘土／一价阳离子之间的相互作用研究
4.3.1 聚合物／粘土／Na~+之间的相互作用
4.3.2 聚合物／粘土／K~+之间的相互作用
4.3.3 聚合物／粘土／K~+与聚合物／粘土／Na~+之间的比较
4.3.4 聚合物／粘土／二价阳离子之间的相互作用研究
4.5 本章结论
第五章 PEO在粘土层间的构象研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 插层复合物样品的制备
5.2.2 主要实验仪器
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 光谱学方法研究粘土层间PEO构象的局限性
5.3.1.1 红外光谱研究粘土层间PEO构象的局限性
5.3.1.2 拉曼光谱研究粘土层间PEO构象的局限性
5.3.2 用XRD研究粘土层间PEO的构象
5.3.2.1 MMT／PEO／Na~+复合物中PEO的构象研究
5.3.2.2 MMT／PEO／K~+复合物中PEO的构象研究
5.3.2.3 MMT／PEO／二价阳离子复合物中PEO的构象研究
5.4 本章结论
第六章 本文结论与创新点
6.1 结论
6.2 创新点
参考文献
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致谢
附图1
附图2
发布时间: 2006-05-30
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