明胶—蒙脱土的插层及其相互作用研究

摘要

明胶是一种从动物组织中提取的蛋白质,由18种氨基酸组成,分子链上有大量不同的官能团,尤其以-OH、-NH<,2>和-COOH为多;蒙脱土是一种天然的层状硅酸盐,片层和层间的离子和基团也很复杂,具有多种反应位点.因此,明胶与蒙脱土反应形成插层复合物时,会发生各种不同的相互作用,如离子键合、配位络合、范德华力以及疏水作用等.该论文利用单官能团小分子十二醇、十二胺和十二酸,模拟-OH、-NH<,2>和-COOH与蒙脱土的插层相互作用,借助于XRD、FTIR和TEM等手段研究了三者在明胶插层蒙脱土过程中的作用大小;用单一官能团的大分子与蒙脱土插层复合以考察官能团数目对插层的影响.通过改变反应条件(如反应时间、反应温度、超声分散、浓度、离子强度、乙醇和pH值)研究明胶在蒙脱土上的吸附,同时研究了各因素对插层的影响.对明胶-蒙脱土插层的热力学过程进行了分析,确定了适宜的插层反应条件.最后讨论了明胶和蒙脱土分别修饰后对插层的影响.实验结果表明,-OH、-NH<,2>、-COOH与蒙脱土相互作用的大小顺序为:-COO->-NH<,3><'+>>-OH>-COOH.聚乙烯醇、聚丙烯酸钠与蒙脱土的插层效果不好,说明过多的单一反应基团并不能达到更好的插层效果.除温度外,其它因素对吸附和插层的影响趋势一致,明胶在pH值位于其等电点时吸附量达最大值,插层效果也最好,但在pH值高于等电点的一定范围内依然能够插层;吸附量随温度的升高而减小,而蒙脱土的层间距却逐渐增大.推测其插层过程应以熵驱动为主,受温度影响显著.水杨醛和甲醇分别对明胶的氨基和/或羧基进行修饰,再进行插层,修饰明胶/蒙脱土复合物的层间距都在3nm以上.十二烷基硫酸钠或赖氨酸修饰蒙脱土后,再与明胶插层复合,效果不如未修饰的蒙脱土好,说明蒙脱土的修饰不适合于明胶-蒙脱土的插层体系.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料

1.2.1聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备

1.2.2蒙脱土结构简介

1.2.3聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能

1.2.4聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料理论的研究现状

1.2.5聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的应用与发展前景

1.3蛋白质与粘土作用的研究进展

1.3.1明胶材料简介

1.3.2蛋白质与粘土相互作用的意义

1.3.3蛋白质在粘土上的吸附作用

1.4本论文的目的与意义

第二章小分子模拟明胶—蒙脱土插层相互作用

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料

2.2.2蒙脱土复合物的制备

2.2.3蒙脱土复合物的表征

2.3结果与讨论

2.3.1明胶/蒙脱土纳米插层复合物

2.3.2小分子/蒙脱土复合物

2.4本章结论

第三章明胶与蒙脱土的吸附插层相互作用

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料与仪器

3.2.2明胶与蒙脱土的吸附实验

3.2.3明胶与蒙脱土的插层实验

3.2.4明胶/蒙脱土插层复合物的表征

3.3结果与讨论

3.3.1明胶在蒙脱土上吸附的影响因素

3.3.2明胶—蒙脱插层反应影响因素

3.4本章结论

第四章明胶或蒙脱土修饰后的插层反应研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料与仪器

4.2.2明胶的修饰

4.2.3蒙脱土的修饰

4.2.4修饰明胶/蒙脱土和明胶/修饰蒙脱土插层复合物的制备

4.2.5聚乙烯醇/蒙脱土复合物的制备

4.2.6聚丙烯酸钠/蒙脱土复合物的制备

4.2.7插层复合物的表征

4.3结果与讨论

4.3.1明胶的修饰对插层效果的影响

4.3.2小分子修饰蒙脱土对插层效果的影响

4.3.3聚乙烯醇与蒙脱土的插层

4.3.4聚丙烯酸钠与蒙脱土的插层

4.4本章结论

全文主要结论

参考文献

攻读硕士期间完成的论文及参与的科研项目

致谢