凹凸棒石与埃洛石表面功能化及其复合材料性能研究

发布时间：2018-12-29 08:07

【摘要】：凹凸棒石是一种具有纤维状或棒状结构的富镁含水硅酸盐粘土矿物,埃洛石是一种具有中空管状结构的富铝含水硅酸盐粘土矿物,两者同属天然一维纳米材料。由于它们储量丰富、价格低廉、独特的晶体结构和物化特性,因此常作为理想的催化剂载体、模板剂、吸附剂和补强剂等而被广泛地研究。本论文首先根据凹凸棒石晶体结构特性对其进行表面功能化改性,制备凹凸棒石基复合材料,并对其潜在的应用性能进行评价；然后以埃洛石为研究对象,制备了导电聚合物复合纳米管以及方钠石空心纳米球,并分别研究了其性能。主要研究内容和结论概括如下：1.利用凹凸棒石的多孔性和一维晶体结构特性,以有效改善脲醛树脂的整体应用性能。研究了凹凸棒石经硅烷偶联剂γ-脲丙基三乙氧基硅烷表面改性前后对脲醛树脂复合材料中游离甲醛含量和剪切强度等性能的影响,确定了改性凹凸棒石的合适用量。结果表明,硅烷偶联剂以化学键的形式结合于凹凸棒石表面。改性凹凸棒石合适的用量为纯甲醛和尿素总质量的9%,在此条件下所制备的凹凸棒石/脲醛树脂复合材料的游离甲醛含量降至1%以下,与纯脲醛树脂相比,改性凹凸棒石/脲醛树脂复合材料的剪切强度提高了一倍,其耐热性和交联度也有所提高。2.以改性凹凸棒石为核,通过原位化学氧化聚合法制备了核-壳结构的凹凸棒石/聚噻吩复合材料,并对其进行碘掺杂制备多孔凹凸棒石/聚噻吩导电复合材料。结果表明,碘离子(13-或I5-)掺杂到了聚噻吩分子链中,并且极大地提高了凹凸棒石/聚噻吩复合材料的导电性能,体积电阻率由4.89×106Ω·cm变为2.44×102Ω·cm。碘掺杂后凹凸棒石/聚噻吩复合材料中的凹凸棒石晶体结构遭到破坏,从而形成多孔凹凸棒石/聚噻吩复合材料,其BET比表面积,BJH平均孔径和BJH累积孔容变大。3.考察了酸化条件下凹凸棒石表面羟基的数量变化及其氨基改性凹凸棒石对凹凸棒石／聚吡咯复合材料形貌与性能之间的变化关系。结果表明,凹凸棒石表面活性基团浓度对凹凸棒石／聚吡咯复合材料的形貌有重要影响。改性未酸化凹凸棒石易形成棒-球状凹凸棒石／聚吡咯复合材料,而改性酸化凹凸棒石则易形成核壳结构的棒-膜状的凹凸棒石／聚吡咯复合材料。与凹凸棒石／聚苯胺和凹凸棒石／聚噻吩导电复合材料相比,棒-膜状凹凸棒石／聚吡咯复合材料导电性能更优异,并且能在丙烯酸涂层中形成空间网络结构。与近球状聚吡咯相比,在用量相对较少的条件下能够达到相同的表面电阻率,同时能提高涂层的力学性能。4.以埃洛石为模板,通过层层自组装方法制备了埃洛石-聚苯胺-聚吡咯复合材料；最后在去除埃洛石硬模板的同时对埃洛石-聚苯胺-聚吡咯复合材料进行了二次掺杂,制备了聚苯胺-聚吡咯二元复合纳米管。结果表明,聚苯胺-聚吡咯二元复合纳米管比埃洛石-聚苯胺-聚吡咯复合纳米材料具有较低的电化学阻抗和优良的电化学电容行为。5.以埃洛石为硅铝源,采用一步无模板法水热合成了介孔方钠石纳米空心球,并进一步研究了产物晶相转变过程及方钠石纳米空心球药物缓释行为。结果表明,制备得到介孔方钠石纳米空心球内孔直径约18nm。随着反应时间的延长,水热产物由纳米方钠石向微米级霞石转变。氨基改性介孔方钠石纳米空心球具有良好的药物缓释性能。
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【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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