插层聚合法制备高岭石/聚丙烯酰胺保温涂层的研究

摘要

高岭石是一种典型的层状硅酸盐矿物，其结构由硅氧四面体和铝氧八面体以1:1的方式逐层排列而成。每个硅氧四面体的氧与相邻的铝氧八面体的羟基以氢键相连，层与层之间靠范德华力结合在一起。层与层之间有大约0.7nm的空隙，在浸泡、机械研磨、超声波或微波条件下，有机小分子可以插入高岭石层间制备出高岭石插层复合物。本文对声化学法插层高岭石进行了研究，制备了高岭石/聚丙烯酰胺插层复合材料，并对该复合材料的微观结构、保温性能、力学性能等进行了分析。
　　 以乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及双氧水/冰醋酸等为插层剂，采用声化学法，对高岭石进行了插层研究。研究了插层剂种类对高岭石插层率的影响，在此基础上，重点研究了以二甲基亚砜作为插层剂的情况下，超声波功率、插层时间及插层剂的质量分数等工艺因素对插层率的影响。采用XRD分析方法测试了高岭石的插层效率。结果表明：二甲基亚砜作为插层剂时插层率最高，插层率可达100％。二甲基甲酰胺和乙二醇次之，双氧水/冰醋酸插层率最低，插层率仅为14.9％。以二甲基亚砜为插层剂时，随着超声功率的增大，插层率先升高后降低；随着插层时间的延长，插层率呈增长趋势；而二甲基亚砜的质量分数对插层率的影响不大。在二甲基亚砜质量分数为75％、超声功率为300W、插层时间为2小时的条件下，插层率达到100％，高岭石层间距从0.71nm被有效增大到1.10nm。
　　 以高岭石/二甲基亚砜复合物、丙烯酰胺为主要原料，通过替代作用制备了高岭石/丙烯酰胺插层复合物。以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂，使层间的丙烯酰胺原位聚合，制备了高岭石/聚丙烯酰胺插层复合材料。研究了丙烯酰胺单体浓度、引发剂用量、聚合时间、聚合温度等工艺因素对复合材料微观结构的影响，对该复合材料的导热系数、耐酸碱性能、耐高温、抗折及抗压强度进行了测试。结果表明高岭石/丙烯酰胺最佳聚合工艺为：丙烯酰胺单体浓度为10％,引发剂用量为丙烯酰胺单体的0.1％，聚合温度为60℃，聚合时间为30min。通过调整有机物和硅酸盐的比例，测试复合物的强度，当有机物和硅酸盐的比例为2:3时，复合物的抗折强度达到最大为27.8MPa，抗压强度为7.55MPa。综合热分析结果表明，复合物中的有机物在400℃时开始分解，所以该涂层能耐400℃。导热系数测试结果表明：该涂层材料在室温下导热系数为0.032W/m·K。
　　 以高岭石、海泡石、珍珠岩为主要原料，聚丙烯酰胺为粘结剂制备了保温板，主要研究了珍珠岩含量对该保温板导热系数的影响。结果表明，随着珍珠岩含量的增加，保温板的导热系数先降低后升高，当珍珠岩质量分数为30％时，导热系数最低可达0.063W/m·K。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 课题研究背景

1.1.1 硅酸盐保温涂层介绍

1.1.2 硅酸盐保温涂层的发展趋势

1.1.3 层状硅酸盐插层方法介绍

1.1.4 硅酸盐插层复合材料的应用

1.1.5 超声波法对高岭石插层反应的影响因素[58-60]

1.2 论文主要研究内容及创新点

1.2.1 论文主要研究内容

1.2.2 论文创新点

2 高岭石的声化学插层研究

2.1 实验原料和设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器及设备

2.2 实验方法

2.2.1 工艺流程

2.2.2 实验步骤

2.3 工艺因素设计

2.4 测试表征手段

2.5 分析与讨论

2.5.1 产物的表征

2.5.2 工艺因素对插层率的影响

2.5.3 插层机理研究

2.6 本章小结

第3章 高岭石/聚丙烯酰胺复合涂层的制备

3.1 实验原料

3.2 实验设备

3.3 实验方法

3.3.1 工艺路线

3.3.2 实验步骤

3.3.3 实验方案

3.4 测试表征手段

3.5 结果分析与讨论

3.5.1 产物表征

3.5.2 工因素对产物的影响

3.5.3 工艺因素对高岭石/聚丙烯酰胺涂层形貌的影响

3.5.4 聚丙烯酰胺/高岭石复合涂层的性能测试

3.6 其他保温材料的制备

3.7 本章小结

4 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及申请专利目录