论文题目: 羟丙基甲基纤维素溶液及凝胶模板作用下的矿化过程研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 赵瑾
导师: 成国祥
关键词: 有机模板,羟丙基甲基纤维素,热凝胶,疏水缔合作用,大分子自组装,矿化过程,晶体形态
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 受自然启发,利用各类有机模板来制备形态、结构特殊、性能优异的新型结构材料和功能材料成为当今材料科学的热点。模板的结构、性质及存在状态等直接影响和控制材料的结构和形态。纤维素衍生物羟丙基甲基纤维素(HPMC)分子中含有大量的羟基和醚键,其水溶液在升温情况下可以发生凝胶转变,是一种新型的有机模板,本文对其作用下特别是凝胶状态下的矿化进行了探讨。 本文采用流变仪等手段详细分析了HPMC的凝胶转变过程。研究结果证实了HPMC凝胶是由于分子部分去水合,相互靠近产生疏水缔合的结果。凝胶温度随溶液浓度增大而降低,其强度则增强。一些添加剂也对凝胶温度产生影响。盐的电解质效应使凝胶温度降低,表面活性剂效应则使凝胶温度升高。含羟基物质对HPMC的影响较复杂,体系中存在以上两种效应的竞争。随添加剂加入量不同,两种效应交替占据主导地位。 分别以HPMC溶液和凝胶为模板指导形成碳酸钙。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)考察模板对产物晶型、形貌的影响。运用热重分析(TG)、红外光谱(FTIR)等方法对模板作用实质进行初步探索。 研究结果表明,HPMC分子作用下产生了自然界不稳定晶型碳酸钙-文石,随着溶液浓度增大以及对体系施加外力条件,产物中文石的含量增大。剪切应力的存在有助于文石的稳定。SEM图显示产物中形成捆束状碳酸钙,且其量随浓度增加而增大。在HPMC凝胶中形成文石,其形貌特殊,为玉米棒状晶体和表面带有沟槽的长棒状晶体。TG、红外光谱、电导率等实验均表明HPMC分子通过其上的醚键和羟基与晶体发生作用来行使模板作用。凝胶模板有别于溶液模板,主要在于形成局部有序的疏水微区以及凝胶网络结构对晶体的调制。分别以HPMC溶液和凝胶为模板指导形成磷酸钙。利用X射线衍射、扫描电镜考察模板对产物晶型、形貌的影响。运用红外光谱、电导率等方法对模板作用实质进行初步探索,并提出了模板作用的可能机理。 XRD和SEM结果表明在HPMC溶液与凝胶体系中分别合成了结晶度不同且形貌各异的羟基磷灰石。凝胶体系中产物结晶较好。且随着聚合物浓度的升高和反应温度的升高,矿物质结晶度均有所增加。红外光谱和电导率实验的结果表明,HPMC有机模板的存在对磷酸钙形成起到了独特的作用。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 自然界中无机物的合成
1.2 有机模板技术
1.2.1 水溶性有机模板
1.2.2 不溶性有机模板
1.2.3 表面活性物质组装体
1.3 自然界常见含钙矿物
1.3.1 碳酸钙
1.3.2 磷酸钙类矿物质
1.4 纤维素醚
1.4.1 概述
1.4.2 纤维素醚分类
1.4.3 纤维素醚的应用
1.4.4 常见纤维素醚及其热凝胶性
1.5 课题的提出和拟研究的内容
第二章 HPMC 溶液的凝胶过程研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 仪器及型号
2.2.3 ＨＰＭＣ溶液的配制
2.2.4 含添加剂的ＨＰＭＣ溶液的制备
2.2.5 ＨＰＭＣ及含有添加剂混和体系水凝胶的制备
2.2.6 凝胶温度的测定
2.2.7 凝胶强度的测定
2.2.8 流变性能
2.3 结果与讨论
2.3.1 凝胶温度及强度
2.3.2 凝胶流变性能
2.3.3 添加剂对溶液－凝胶过程的影响
2.4 结论
第三章 HPMC 溶液模板作用下ＣａＣＯ_３矿化过程研究
3.1 引言
3.2 材料及仪器
3.2.1 原料及规格
3.2.2 仪器及型号
3.3 ＨＰＭＣ溶液模板制备碳酸钙矿物
3.3.1 ＨＰＭＣ溶液的配制
3.3.2 静置体系下碳酸钙的制备
3.3.3 转动体系下碳酸钙的制备
3.4 碳酸钙的表征
3.4.1 Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析
3.4.2 扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观测
3.5 模板作用初探
3.5.1 热重（ＴＧ）分析
3.5.2 傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）表征
3.5.3 电导率的测定
3.5.4 ＭＣ溶液中碳酸钙的制备
3.6 结果与讨论
3.6.1 ＨＰＭＣ溶液模板下形成的碳酸钙
3.6.2 模板作用初探
3.7 结论
第四章 ＨＰＭＣ凝胶模板作用下ＣａＣＯ_３矿化过程研究
4.1 引言
4.2 材料及仪器
4.2.1 原料及规格
4.2.2 仪器及型号
4.3 ＨＰＭＣ凝胶模板制备碳酸钙矿物
4.3.1 ＣａＣｌ_2／ＨＰＭＣ凝胶的制备
4.3.2 碳酸钙的制备
4.4 碳酸钙的表征
4.4.1 Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析
4.4.2 扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观测
4.5 模板作用初探
4.5.1 热重（ＴＧ）分析
4.5.2 傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）表征
4.5.3 ＭＣ凝胶中碳酸钙的制备
4.6 结果与讨论
4.6.1 ＨＰＭＣ凝胶模板下形成的碳酸钙
4.6.2 ＴＧ分析
4.6.3 ＭＣ凝胶中碳酸钙的制备
4.6.4 傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）表征
4.7 结论
第五章 ＨＰＭＣ模板作用下磷酸钙类矿化过程研究
5.1 引言
5.2 材料及仪器
5.2.1 原料及规格
5.2.2 仪器及型号
5.3 ＨＰＭＣ溶液体系下磷酸钙的制备
5.4 ＨＰＭＣ凝胶体系下磷酸钙的制备
5.4.1 Ｃａ（ＮＯ_３）_２／ＨＰＭＣ凝胶的制备
5.4.2 不同ＨＰＭＣ浓度下磷酸钙的制备
5.4.3 不同温度下磷酸钙的制备
5.4.4 不同硝酸钙浓度下磷酸钙的制备
5.5 磷酸钙的表征
5.5.1 Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析
5.5.2 扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观测
5.6 模板作用初探
5.6.1 ＨＰＭＣ模板制备磷酸钙的红外分析
5.6.2 电导率的测定
5.7 结果与讨论
5.7.1 ＨＰＭＣ模板制备磷酸钙晶体
5.7.2 模板作用初探
5.8 结论
第六章 HPMC 凝胶模板法矿化过程原理模型探讨
1、HPMC 凝胶模板的特点
2、热力学成核位点
3、动力学调控过程
全文结论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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