聚二甲基硅氧烷/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构及性能

摘要

本论文首先根据聚二甲基硅氧烷分子结构的特点,设计合成了两类反应性插层剂十八烷基二甲基-3-三烷氧基硅丙基氯化铵(TPAC)、2-甲基丙烯酰氧乙基二甲基-3-三烷氧基硅丙基氯化铵(TPAB),对钠基蒙脱土进行了有机化处理,进而制备了两类新型的蒙脱土纳米中间体,通过FTIR、XRD、SEM、TGA研究了不同类型、不同质量的插层剂改性的层状硅酸盐的性能,以了解插层反应的机理和特性;在小试的基础上进行了中试放大,通过对原材料的选择、配方的设计和调整合成了系列蒙脱土纳米中间体,并探讨了合成工艺.采用不同的聚合方法(原位聚合、聚合物溶液插入法)合成了一系列不同结构、不同分子量的新型聚二甲基硅氧烷(PDMS)/蒙脱土纳米复合材料(剥离型);通过FTIR、XRD、TEM、SEM对两种方法制得的复合材料进行了结构和性能的表征,以了解反应的机理和特征以及蒙脱土纳米中间体在聚二甲基硅氧烷基体中的剥离、分散情况;通过力学性能和动态力学性能(DMA)的测试了解层状硅酸盐微观纳米结构对材料宏观性能的影响;通过TGA研究了纳米复合材料的耐热性能;通过耐溶剂性能的测试研究了纳米片层对材料阻隔性能提高所起的作用;并在以上工作的基础上提出了纳米复合材料的作用机理和结构模型.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料

1.1.1层状无机物的结构及性能

1.1.2聚合物/层状硅酸盐复合材料的分类

1.1.3插层剂的选择

1.1.4聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备

1.1.5聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的表征

1.2聚合物/层状硅酸盐插层过程的热力学和动力学

1.2.1插层过程的热力学研究

1.2.2插层过程的动力学研究

1.3不同类型的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料

1.3.1聚酰胺/黏土纳米复合材料

1.3.2环氧/黏土纳米复合材料

1.3.3聚氨酯/黏土纳米复合材料

1.3.4硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备

1.3.5其他聚合物/黏土纳米复合材料的制备

1.4本论文研究目的与内容

参考文献

第二章有机蒙脱土的制备和表征

2.1实验部分

2.1.1主要原料

2.1.2插层剂的合成

2.1.3改性蒙脱土纳米中间体的制备

2.1.4测试及分析方法

2.2结果与讨论

2.2.1蒙脱土的选择和提纯

2.2.2有机蒙脱土合成工艺

2.2.3有机蒙脱土粒径大小及其分布

2.2.4蒙脱土处理前后的FT-IR

2.2.5蒙脱土处理前后TG测试结果分析

2.2.6不同季胺盐对黏土层间距的影响

2.2.7不同离子交换容量对黏土层间距的影响

2.2.8插层剂不同处理量对层间距的影响

2.2.9 有机蒙脱土的微观相态结构

2.3本章小结

参考文献

第三章聚二甲基硅氧烷/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构和性能

3.1实验部分

3.1.1主要原料

3.1.2催化剂氢氧化四甲铵硅醇盐的制备

3.1.3原位聚合法合成PDMS/蒙脱土纳米复合材料

3.1.4 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的固化

3.1.5测试

3.2结果与讨论

3.2.1 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的FT-IR

3.2.2不同分散方法对PDMS/蒙脱土纳米复合材料的影响

3.2.3 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的XRD

3.2.4原位聚合与溶液法制得的硅橡胶力学性能的比较

3.2.5原位聚合与溶液法制得的硅橡胶的SEM

3.2.6 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的力学性能(溶液法)

3.2.7插层型和剥离型纳米复合材料力学性能的比较

3.2.8有机蒙脱土对不同分子量的PDMS力学性能的影响

3.2.9动态力学性能的测试(DMA)

3.2.10热失重分析(TGA)

3.2.11PDMS/蒙脱土纳米复合材料的耐溶剂性能

3.2.12 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的分散、聚合反应机理

3.2.13 PDMS/蒙脱土纳米复合材料的微观相态结构(TEM、SEM)

3.3本章小结

参考文献

第四章接枝型聚二甲基硅氧烷/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构和性能

4.1实验部分

4.1.1主要原料及处理

4.1.2接枝型PDMS的合成

4.1.3改性蒙脱土纳米中间体的制备

4.1.4接枝型PDMS/蒙脱土纳米复合材料的合成

4.1.5测试

4.2结果与讨论

4.2.1红外光谱分析

4.2.2烯类单体和PDMS的接枝反应

4.2.3不同合成方法对接枝型PDMS/蒙脱土纳米复合材料力学性能的影响

4.2.4不同改性蒙脱土纳米中间体对接枝型PDMS力学性能的影响

4.2.5 PDMS-g-MMA/蒙脱土纳米复合材料XRD

4.2.6动态力学性能的测试(DMA)

4.2.7热失重分析(TGA)

4.2.8耐油性能

4.2.9接枝型PDMS/蒙脱土纳米复合材料的耐溶剂性能

4.2.10接枝型PDMS/蒙脱纳米复合材料的微观相态结构

4.3本章小结

参考文献

第五章聚二甲基硅氧烷/功能烯土配合物-蒙脱土纳米复合发光材料的研究

5.1实验部分

5.1.1试剂与原料

5.1.2三氯化铕的制备

5.1.3稀土-有机羧酸配合物和稀土-有机羧酸-有机硅配合物的制备

5.1.4稀土-有机羧酸-有机硅配合物/蒙脱土纳米发光中间体的制备

5.1.5聚合物稀土-有机羧酸-有机硅配合物/蒙脱土纳米复合材料的制备

5.2仪器与测试

5.2.1红外光谱(FT-IR)

5.2.2 X-射线衍射(XRD)

5.2.3紫外光谱(UV)

5.2.4荧光光谱(FA)

5.2.5热失重分析(TGA)

5.3结果与讨论

5.3.1不同配体对稀土配合物发光性能的影响

5.3.2有机硅表面活性剂的含量对发光性能的影响

5.3.3紫外光谱分析

5.3.4蒙脱土处理前后的FT-IR

5.3.5 X-射线衍射

5.3.6荧光光谱分析

5.3.7热失重分析

5.4本章小结

参考文献

第六部分结论与展望

6.1结论

6.2展望

附录：攻读博士学位期间已发表的专利和论文

致谢