核—壳结构的凹凸棒土—聚合物纳米复合材料的制备与表征

论文摘要

论文详细叙述了一维纳米材料凹凸棒土（ATP）的发现、分布、产量以及在聚合物中作为填充材料的应用,作为一种天然的纳米材料,ATP具有强大的吸附能力、良好的耐酸碱性、流变性、填充性,并且具有较好的离子交换、热稳定、抗盐、抗凝胶、造浆和高温相变等功能,目前,在我国ATP的应用还处在较低的水平。论文从ATP作为一种理想的聚合物填料角度出发,主要研究了它的表面改性（有机化）及聚合物包裹,对其形态及分散性作了表征。为凹凸棒土/聚合物复合材料的开发应用提供了有益的数据。取得了如下的成果:一:ATP的提纯的与有机化改性:论文以我省的ATP为原料,利用水化法将其提纯。该方法的特点是:简便、高效、纯度好。将提纯的ATP分散在水中,加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为改性剂,经超声波处理,即可完成其表面有机化改性。改性原理可以认为是阳离子季胺盐与ATP表面的粒子交换,也是不同电荷（ATP表面带负电荷）的静电吸附作用。论文探索了不同洗涤条件对org-ATP亲水性和亲油性的影响,并从表层结构给予了解释。二:核-壳结构的ATP@Polymer复合物颗粒的制备和表征:1.1.凹凸棒土/聚苯乙烯纳米复合材料的制备:Org-ATP用乙醇洗涤三遍,水洗一遍,可以得到外层的CTAB有机链分子除尽的单层结构的有机化凹凸棒土,干燥。将干燥的有机化ATP分散在苯乙烯（St）单体中,可以得到稳定性良好的悬浮液,在家用微波炉中加热引发本体聚合,制备得到了不同凹凸棒土含量的ATP/PS纳米复合材料。采用透射电镜表征,发现在PS中ATP呈现单根分散:热失重表征则显示ATP的加入使聚合物的热性能得到了明显的改善。1.2.ATP@PS核-壳结构复合物颗粒的制备在ATP有机化处理的改性液中直接进行的乳液聚合反应,采用的单体是苯乙烯,苯乙烯单体在超声波的振荡作用下扩散进入ATP棒晶表面的双层有机链结构中。当反应在超声波中加热时,所形成的单体包裹棒晶的结构比较稳定,聚合完成时,就可以得到核-壳结构的ATP@PS颗粒。经TEM分析,短的棒晶包裹比较好,得到的复合物颗粒形状类似枣子或者说类似橄榄;长的棒晶在其表面形成粗大的棒状包裹。当反应在电磁搅拌情况下进行时,单体包裹棒晶的结构则被破坏,聚合后,就会得到珠串结构的ATP@PS复合物颗粒,可以发现在棒晶的表面粘满了聚苯乙烯小球,小球对棒晶形成包裹。加入的苯乙烯越多,包裹在棒晶外面的小球越多。2.ATP@PMMA核-壳结构复合物颗粒的制备和表征:将双层org-ATP分散在水中,可以得到稳定性良好的悬浮液,向体系中加入甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体,在超声波振荡作用下,单体扩散到棒晶表面的有机层中,对棒晶形成包裹,在超声波中加热聚合,可以得到核-壳结构的复合物颗粒。当体系中单体加入量比较少时,得到类似于变粗的棒晶核-壳结构的复合物颗粒。当单体加入量逐渐增多时,在体系中既存在PMMA对ATP的整体包裹,也存在PMMA白聚颗粒和未包裹的ATP棒晶共存的现象。3.ATP@DP双层聚合物结构的复合物颗粒的制备和表征:论文将多次离心分离得到粒径较小org-ATP,分散在水中,加入MMA,在超声波作用下,单体扩散进入棒晶表面有机层中,加入引发剂,在超声波中加热聚合1小时,得到ATP@PMMA复合物颗粒,此时的体系依旧有好的稳定性,再向其中加入第二单体St,超声振荡24小时,使St充分的扩散进入PMMA层中,再次引发聚合反应,可以得到外层为PS内层为PMMA的双层聚合物包裹的ATP@DP复合物颗粒。并对分散性和形态作了表征。4.核-壳结构的ATP@PANI导电聚合物颗粒的制备和表征:在ATP棒晶表面存在有负电中心,使得ATP对具有阳离子结构的物质有好的吸附性。苯胺（aniline）与盐酸通过氧化偶联聚合可以制备得到盐酸掺杂的聚苯胺（polyaniline,简写为PANI）,有好的导电性。苯胺可以与盐酸反应得到具有季胺盐阳离子结构的苯胺盐酸盐,此季胺盐可以吸附在棒晶的表面,它既是ATP的表面改性剂又是合成PANI的反应物。当加入氧化剂进行氧化偶联反应,可以得到核-壳结构的ATP@PANI导电聚合物颗粒。对其进行透射电镜的观测,发现PANI包裹凹凸棒土棒晶形成枣子形状的核-壳结构的ATP@PANI;对其进行电导的表征,发现具有好的导电性,这是由于PANI包裹棒晶的表面形成一个连续的层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:文献综述
• 1.1:凹凸棒土粘土简介
• 1.1.1 凹凸棒土的结构简介
• 1.1.2 凹土的基本性质与用途
• 1.1.3 凹土的资源和应用
• 1.2 凹凸棒土的纯化处理和超细粉体的制备
• 1.2.1 超细粉体的制备方法
• 1.2.2 机械法制备非金属矿物超细粉体的研究
• 1.3 水化法提纯制备高纯凹土超细粉体
• 1.3.1 粘土分散提纯细化的研究现状
• 1.3.2 分散剂及分散剂的的选择
• 1.4 凹土的分散和团聚行为研究
• 1.4.1 粉体产生团聚的原因
• 1.4.2 粉体的解聚和分散途径
• 1.4.3 粉体在液相中的分散稳定性研究
• 1.5 凹土粉体的表面改性
• 1.6 凹土在高分子材料中的应用研究
• 1.6.1 凹土在高分子材料中的应用研究现状
• 1.6.2 凹土作为填充剂的优势和存在的问题
• 1.7 核-壳型有机-无机杂化纳米粒子的制备概述
• 本课题研究的内容和目的
• 参考文献
• 第二章:ATP/PS纳米复合材料和ATP@PS复合粒子的制备
• 第一节 微波加热引发本体聚合法制备凹凸棒土/聚苯乙烯纳米复合材料的热稳定性研究
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 实验
• 2.1.2.1 原材料
• 2.1.2.2 有机化-凹凸棒土（org-ATP）的制备
• 2.1.2.3 凹凸棒土/聚苯乙烯纳米复合材料的制备
• 2.1.2.4 分析与表征
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.1.3.1 有机化-凹凸棒土(org-ATP
• 2.1.3.2 本体自由基聚合反应
• 2.1.3.3 形貌分析
• 2.1.3.4 热稳定性分析
• 2.1.4 结论
• 第二节 乳液聚合法制备珠串结构和核-壳结构的凹凸棒土@聚苯乙烯复合物颗粒的形貌分析
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验
• 2.2.2.1 试剂和原料
• 2.2.2.2 有机化-凹凸棒土（org-ATP）的制备
• 2.2.2.3 乳液聚合
• 2.2.2.4 分析和表征
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.3.1 乳液聚合
• 2.2.3.2 形貌分析
• 2.2.3.3 超声波中进行的乳液聚合制备得到的复合物颗粒TEM照片
• 2.2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 无皂乳液聚合制备凹凸棒土@聚甲基丙烯酸甲酯（ATP@PMMA）复合物颗粒的形貌分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 原材料
• 3.2.2 有机化-凹凸棒土（org-ATP）的制备
• 3.2.3 无皂乳液聚合
• 3.2.4 分析与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 由种子无皂乳液聚合法制备具有双层聚合物壳的凹凸棒土@聚合物颗粒
• 4.1 引言
• 4.2 试验部份
• 4.2.1 原材料
• 4.2.2 有机化-凹凸棒土（org-ATP）的制备
• 4.2.3 用于乳液聚合的org-ATP悬浮液的制备
• 4.2.4 二步法无皂乳液聚合
• 4.2.5 分析与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机化-凹凸棒土（org-ATP）
• 4.3.2 凹凸棒土@聚甲基丙烯酸甲酯（ATP@PMMA）
• 4.3.3 凹凸棒土@双层聚合物壳复合物颗粒（ATP@DP）
• 4.3.4 形貌和包裹机理探讨
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 原位氧化聚合法制备核-壳结构的凹凸棒土@聚苯胺（ATP@PANI）复合物颗粒
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 用苯胺盐酸盐对凹凸棒土棒晶进行表面处理
• 5.2.3 原位氧化聚合
• 5.2.4 分析与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 原位氧化聚合
• 5.3.2 IR分析
• 5.3.3 形貌分析
• 5.3.4 电导性能
• 5.4 结论
• 参考文献
• 全文总结
• 在学期间研究的成果
• 致谢