蒙脱土边缘聚合物分子刷及二氧化硅纳米线的制备及性能研究

摘要

近年来，聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究引起了人们极大的兴趣。Toyota研究发展中心1987年对尼龙-6(N6)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料的报道以及Vaia et al.等人发现直接采用熔融共混的方法而无需用有机溶剂就可以制备聚合物/层状硅酸盐纳米杂化材料等研究极大地推动了聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的发展历程。由于蒙脱土片层具有高的比表面并且其表面带有负电荷，蒙脱土纳米片层具有吸附能力，可用于污水净化，也可作为载体用来负载DNA及各种酶，因此蒙脱土纳米复合材料的研究日益成为人们研究的热点。纳米尺寸的二氧化硅可广泛的应用于催化，药物负载，Pickering乳液聚合等领域。在纳米电子和纳米光纤材料快速发展的推动下，有关二氧化硅纳米线的研究得到了广泛的关注。
　　 本文以蒙脱土为基体，制备温度响应性的聚合物刷修饰的蒙脱土纳米笼，并研究了其吸附性能；同时使用改进的Stober法在蒙脱土片层边缘合成了二氧化硅纳米线。主要内容包括：⑴用硅烷偶联剂将蒙脱土片层的边缘部分交联，得到蒙脱土纳米笼，再利用可逆加成-断裂链转移方法在蒙脱土纳米笼边缘接枝温度响应性的PNIPAM分子刷。然后，将接枝PNIPAM分子刷的纳米笼用于Pickering乳液聚合得到了表面包裹有杂化蒙脱土纳米笼的PS乳胶粒。我们同时研究了PNIPAM的温敏性对杂化蒙脱土纳米笼的阳离子交换能力的影响。热失重分析(TG)，透射电镜(TEM)，紫外-可见光谱(UV-Vis)等测试手段用来表征蒙脱土纳米笼和表面包裹有杂化纳米材料的PS乳胶粒。⑵以蒙脱土片层边缘的Si-OH为引发点，用改进的Stober法用合适的反应条件在蒙脱土片层边缘合成二氧化硅纳米线(clay-silica)。蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线可以与硅烷偶联剂反应进行改性，与此同时，蒙脱土表面依然保留着负电荷。本课题提供了一种合成clay-silica纳米复合材料的简单易行的方法。通过ATRP聚合我们在二氧化硅纳米线表面接枝聚苯乙烯。这种表面带有负电荷，二氧化硅纳米线边缘带有疏水性聚合物刷的纳米复合物可以应用于Pickering乳液。通过在纳米线边缘引入引发剂，我们可以利用不同的聚合方法制备许多不同的功能性聚合物分子刷。这种方法为构筑新的异质结构开辟了途径，而且可以制备新型有机/无机纳米杂化材料。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 聚合物/蒙脱土纳米复合材料

1.1.1 蒙脱土(MMT)的结构

1.1.2 蒙脱土(MMT)的有机改性

1.1.3 蒙脱土纳米复合材料的结构类型

1.1.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法

1.1.5 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能及应用

第二节 聚合物/二氧化硅(SiO2)纳米杂化材料

1.2.1 纳米二氧化硅(SiO2)简介

1.2.2 应用纳米SiO2的关键-分散技术

1.2.3 聚合物/二氧化硅纳米杂化材料的制备

1.2.4 聚合物/二氧化硅纳米杂化材料的应用

第三节 聚合物分子刷概述

1.3.1 聚合物刷简介

1.3.2 聚合物刷的分类

1.3.3 聚合物刷的合成方法

1.3.4 聚合物刷的应用

第四节 课题设计中涉及到的重要技术简介

1.4.1 活性聚合方法

1.4.2 Pickering乳液

第五节 课题的提出

参考文献

第二章 蒙脱土边缘分子刷的制备及对亚甲蓝的吸附研究

第一节 前言

第二节 实验部分

2.2.1 试剂

2.2.2 仪器及表征

2.2.3 实验方法

2.2.4 表征与测试条件

第三节 结果与讨论

2.3.1 接枝PNIPAM分子刷的蒙脱土纳米笼的制备

2.3.2 接枝PNIPAM分子刷的蒙脱土纳米笼的TG分析

2.3.2 接枝PNIPAM分子刷的蒙脱土纳米笼的XRD研究

2.3.3 接枝PNIPAM分子刷的蒙脱土纳米笼的最低临界温度

2.3.4 接枝PNIPAM分子刷的蒙脱土纳米笼的TEM表征

2.3.4 PS乳胶粒的制备及TEM表征

2.3.5 PS乳胶粒的XPS研究

2.3.6 clay-PNIPAM对亚甲蓝的吸附性能研究

第四节 本章小结

参考文献

第三章 蒙脱土边缘合成二氧化硅纳米线

第一节 前言

第二节 实验部分

3.2.1 试剂

3.2.2 仪器及表征

3.2.3 实验方法

3.2.4 表征与测试条件

第三节 结果与讨论

3.3.1 制备蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线

3.3.2 蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线的形成机理研究

3.3.3 蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线的XRD研究

3.3.4 蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线的XPS研究

3.3.5 蒙脱土边缘的二氧化硅纳米线的荧光研究

3.3.6 clay-silica复合物的吸附性能研究

3.3.7 有机/无机纳米杂化材料clay-silica-PS的制备

3.3.8 有机/无机纳米杂化材料clay-silica-PS的应用

第四节 本章小结

参考文献

第四章 全文总结

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文