聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

聚乙烯醇（简称PVA）是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，其性能介于塑料与橡胶之间。由于其独特的成膜性、生物兼容性、气体阻隔性以及生物降解能力，PVA材料被大量应用于膜技术、给药系统、阻燃材料和人工医学设备等领域。但PVA材料在机械性能上的不足限制了其更广泛的应用，因此寻找一种机械性能大幅提升的新型PVA材料对于PVA的应用和PVA工业尤为重要。本论文正是在这一背景下开展的探索性工作。
　　聚合物/无机物纳米复合材料乃当今材料学领域最活跃的前沿热点之一，但此前对于层状双氢氧化物填充PVA的研究尚不多见。本论文采用层状双氢氧化物(LDHs)作为无机填料，通过纳米复合的手段将PVA材料与LDHs在纳米尺度上复合，制备了具有“砖墙结构”的新型PVA/LDH纳米复合材料。同时与传统的溶液混合法制备的PVA/LDH对照，探索“砖-墙结构”对PVA/LDH纳米复合材料的影响，系统研究其机械性能、硬度与结晶行为，并对其机理进行了初步探讨。
　　主要研究内容和结果如下:
　　通过尿素-离子交换法和共沉淀法分别制备了层间阴离子为硝酸根离子的层状双氢氧化物(LDH-NO3)，并采用甲酰胺对其进行剥离，进而使用被剥离成单层结构的LDHs制备了定向的LDHs膜，然后分别使用溶液混合法和插层法将LDHs定向膜与PVA材料进行复合。XRD、FTIR和SEM结果表明，相对于溶液混合法，插层法中PVA插层进入了LDH-NO3的层间，形成了单片LDH与PVA组成的纳米复合材料。拉伸实验和纳米压痕研究结果表明，LDHs的加入有效地改变了PVA材料的机械力学性能和硬度。最后通过DSC初步研究了PVA/LDH的结晶行为。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 LDHs的结构、制备、性质及剥离简介

1．1．1 名词说明

1．1．2 LDHs的化学组成与结构特征

1．1．3 LDHs的制备

1．1．4 LDHs的性质

1．1．5 LDHs的剥离分散

1．2 PVA／LDH纳米复合材料的制备

1．2．1 聚合物基纳米复合材料的常见制备方法

1．2．2 制备PVA／LDH纳米复合材料的常规方法

1．3 PVA／LDH纳米复合材料的结构表征

1．3．1 PVA／LDH的XRD表征

1．3．2 PVA／LDH的FTIR表征

1．3．3 PVA／LDH纳米复合材料的透射电镜表征

1．3．4 PVA／LDH纳米复合材料的结晶行为

1．4 PVA／LDH纳米复合材料的性能表征

1．4．1 机械力学性能

1．4．2 耐热性能

1．4．3 阻燃性能

1．5 本论文研究的目的意义与主要内容

1．5．1 本论文研究的目的意义

1．4．2 本论文研究的主要内容

第二章 层状双氢氧化物(LDHs)的制备及结构表征

2．1 实验仪器及试剂

2．1．1 实验原料

2．1．2 主要仪器及设备

2．2 实验方法

2．2．3 尿素-离子交换法制备MgAl-LDH-NO3

2．2．4 共沉淀法制备MgAl-LDH-NO3

2．2．5 LDHs的组成与结构表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 尿素法制备MgAl-LDH-CO3

2．3．2 离子交换制备MgAl-LDH-NO3

2．3．3 共沉淀法制备LDH

本章小结

第三章 PVA／LDH纳米复合材料的制备与结构以及性能表征

3．1 实验仪器及试剂

3．1．1 实验原料

3．1．2 主要仪器及设备

3．2 实验方法

3．2．1 LDHs的剥离

3．2．2 石英片的清洗

3．2．3 LDHs定向膜的制备

3．2．4 PVA薄膜的制备

3．2．5 PVA／LDH纳米复合材料的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 LDH-NO3的剥离

3．3．2 剥离后的LDHs的定向

3．2．3 PVA／LDH纳米复合材料结构表征

3．2．4 PVA／LDH的性能表征

本章小结

结论

参考文献

致谢

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