共插层结构复合金属氢氧化物的制备及其在聚丙烯中的应用

摘要

聚丙烯(PP)由于其来源丰富、质量轻、耐腐蚀、加工处理成本低且物理力学性能优异，在化工、轻工、农业、建筑等领域获得了广泛应用，已成为四大通用塑料之一，在人们的生产生活中发挥着重要作用。在PP制品加工过程中需要加入颜料、光稳定剂、热稳定剂等多种功能助剂以赋予PP制品颜色、改善PP制品性能并提升PP制品品质。但加入的这些功能助剂多为有机小分子化合物，存在热稳定性较差、易挥发、易迁移等缺点，极大地影响了PP制品的品质和性能。因此为提升PP制品品质和性能，开展热稳定性好、不挥发、耐迁移的PP制品功能助剂研究具有重要意义。
　　层状复合金属氢氧化物(LDH)是一种层状阴离子型黏土，具有组成和结构可调控、层间阴离子可交换、热稳定性良好等诸多优点，作为阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂等功能助剂在塑料领域获得了广泛应用。然而，目前制备的插层结构LDH功能材料层间阴离子多为单一客体，功能较为单一，性能的可调控性较差，极大地制约了这类材料在塑料领域中的应用及其性能的发挥。针对该问题，本论文基于LDH组成和结构的可调控性，提出了多客体共插层LDH的设想，利用LDH层板对层间客体的保护作用提高客体的热稳定性，借助层板的锚定作用抑制层间客体的挥发和迁移，利用层间客体组成的可调变性调控LDH功能材料的性能，开展了多客体共插层LDH的设计、制备及性能研究。首先，根据色度学原理，将酸性绿25和酸性蓝25共插层至LDH层间制备了颜色可调的插层结构杂化颜料;随后，将染料酸性黄11与系列紫外吸收剂共插层组装至LDH层间构筑了颜料和紫外阻隔双功能材料;最后，将还原剂山梨酸和紫外吸收剂共插层至LDH层间获得了抗光老化性能强化的插层结构光稳定剂。论文的主要研究内容和结论如下。
　　采用共沉淀法将酸性绿25与酸性黄25共插层组装至ZnAl-LDH层间，构筑了系列超分子插层结构绿色颜料，考察了插层结构颜料组成和结构对其颜色和热稳定性能的影响。酸性黄25的引入明显改善了基于酸性绿25插层LDH杂化颜料的颜色，使其从蓝色色系转变为绿色色系，且其颜色可通过调节层间酸性绿25和酸性黄25的摩尔比值进行控制。共插层结构杂化颜料中存在主-客体和客-客体相互作用，主-客体相互作用显著提升了酸性黄25的热稳定性，使共插层结构杂化颜料可承受250℃的高温;客-客体相互作用对插层结构颜料的颜色具有重要影响。插层结构杂化颜料可作为绿色颜料用于PP的着色，扩展了酸性绿25和酸性黄25的应用范围。
　　采用成核/晶化隔离法将酸性黄11与系列紫外吸收剂（2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、肉桂酸、水杨酸、对氨基苯甲酸和苯基苯并咪唑磺酸）共插层至ZnAl-LDH层间，组装了系列颜料与紫外阻隔双功能材料，考察了双功能材料组成和结构对其热稳定性、紫外-可见光吸收性能和紫外阻隔性能的影响。插层组装显著提高了酸性黄11的耐热性，获得了系列热稳定性能优异的双功能材料。共插层结构双功能材料在实现对PP着色的同时，可明显提升PP的热稳定性，并赋予PP复合材料紫外阻隔功能，大幅度提升了PP的抗光老性能。
　　采用成核/晶化隔离法将弱还原剂山梨酸与紫外吸收剂2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮共插层组装到MgAl-LDH层间，制备了抗光老化性能强化的共插层结构光稳定剂，考察了共插层结构光稳定剂组成和结构对其抗光老化性能的影响。共插层结构光稳定剂中存在主-客体和客-客体相互作用，具有优异的紫外阻隔性能。共插层结构光稳定剂不仅可明显提升PP的热稳定性，而且可显著提升PP的抗光老性能。研究发现层间的山梨酸与2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮存在协同抗光老化作用，其抗光老化性能明显优于单客体插层结构LDH。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚丙烯简介

1．1．2 聚丙烯的光降解机理

1．1．3 聚丙烯的改性

1．2 塑料助剂

1．2．2 阻燃剂

1．2．3 抗氧剂

1．2．5 光稳定剂

1．3 LDH概I述

1．3．1 LDH简介

1．3．2．LDH的制备方法

1．3．3．LDH在塑料中的应用

1．4 本论文的立题目的和意义

1．5 本论文的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验内容

2．2．1 酸性绿25和酸性黄25共插层LDH的制备

2．2．2 紫外吸收剂和酸性黄ll共插层LDH的制备

2．2．3 弱还原剂和紫外吸收剂共插层LDH的制备

2．3 LDH／PP复合薄膜的制备

2．4 实验设备与样品结构的表征分析

2．4．1 超分子插层结构LDH的结构、形貌与组成分析

2．4．2 超分子插层结构LDH的热稳定性分析

2．4．5 LDH／PP复合材料的光老化测试

第三章 双染料共插层LDH颜色调控及性能研究

3．1 前言

3．2 AG25-AY25-LDH晶相结构、形貌与组成分析

3．3 AG25-AY25-LDH热稳定性分析

3．4 AG25-AY25-LDH紫外-可见光分析

3．5 AG25-AY25-LDH颜料的颜色分析及其应用

3．6 小结

第四章 紫外阻隔和颜料双功能插层结构材料组装与性能研究

4．1 前言

4．2 样品的晶体结构与形貌分析

4．3 样品的紫外-可见光吸收曲线分析

4．4 样品的热稳定性分析

4．5 LDH／PP复合材料性能

4．5．1 LDH／PP颜色及分散性

4．5．2 LDH／PP复合材料的热稳定性

4．5．3 LDH／PP复合薄膜材料紫外-可见光分析

4．5．4 光老化分析

4．6 小结

第五章 性能强化的插层结构光稳定剂的构筑及性能研究

5．1 前言

5．2 样品的晶体结构与形貌分析

5．3 样品的紫外-可见光谱图分析

5．4 LDH／PP复合材料性能测试

5．4．1 LDH在PP中的分散性

5．4．2 LDH／PP复合材料热稳定性分析

5．4．3 LDH／PP复合薄膜材料紫外-可见光分析

5．4．4 光老化分析

5．5 小结

第六章 结论

论文的创新点

参考文献

发表论文、申请专利情况及获奖情况

致谢

论文作者及导师简介