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明胶/蒙脱土复合材料中相互作用官能团的研究

作　者: 徐书伟
导　师: 郑俊萍
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 明胶 蒙脱土 月桂酸钠 相互作用 官能团
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


明胶作为一种天然两性聚电解质,其分子链上带有大量正负电荷;而蒙脱土(MMT)是一种天然层状硅酸盐,片层上的电荷分布也十分复杂,这些决定了明胶和MMT具有特殊的插层复合过程。在酸性环境中,明胶与MMT的插层可以解释为带有大量正电荷的明胶分子通过与MMT层间阳离子的离子交换,明胶和MMT之间存在静电作用。在碱性环境中,明胶同样可以和MMT形成插层复合物,这时带有大量负电荷的明胶分子必然和MMT之间存在某种相互作用。论文围绕这种相互作用展开研究,并通过实验确定相互作用的官能团。本文利用小分子探针月桂酸钠,模拟羧基官能团与蒙脱土的相互作用。通过X射线衍射、红外光谱、热分析和13C固态核磁共振等手段确定了羧基负离子与MMT之间存在相互作用。通过对不同pH值明胶/蒙脱土复合材料的溶胀性能和复合物的热分析发现,明胶分子上羧基负离子和MMT之间的相互作用要强于明胶和MMT之间的静电作用。在相同明胶/MMT配比的情况下,对比不同pH值环境中制备的明胶/MMT插层复合材料的力学性能,结果表明碱性环境中制备的复合材料具有更好的力学性能,体现了明胶分子链上羧基负离子与MMT之间的相互作用。改性明胶由于分子链上羧基数量的减少,导致其复合材料的力学性能不如未改性明胶/MMT复合材料,也是这种相互作用的体现。为了确定MMT上的相互作用位点,实验将MMT进行了热处理改性,制备了脱羟基MMT。通过对比月桂酸钠/热处理改性MMT和月桂酸钠/原始MMT复合物的XRD谱图,发现后者的月桂酸钠衍射峰要明显强于前者。明胶/热处理改性MMT复合材料的力学性能比明胶/原始MMT复合材料的差很多,并且脱除羟基的MMT在复合材料中发生了聚集现象。这些都证明羟基就是MMT上的相互作用位点。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 引言  9
  1.2 明胶  9-14
    1.2.1 明胶的组成与结构  9-11
      1.2.1.1 明胶的化学组成  10-11
      1.2.1.2 明胶蛋白肽链的构象  11
    1.2.2 明胶的主要性质  11-14
      1.2.2.1 两性聚电解质特性  11-12
      1.2.2.2 溶液性质  12
      1.2.2.3 机械性能  12-13
      1.2.2.4 化学反应性质和交联  13
      1.2.2.5 溶胀  13-14
      1.2.2.6 变性  14
      1.2.2.7 改性  14
      1.2.2.8 生物相容性和降解性  14
  1.3 蒙脱土  14-20
    1.3.1 MMT 的化学组成及结构特点  14-16
    1.3.2 MMT 的层间电荷  16
    1.3.3 MMT 的层间水合与溶胀行为  16-17
    1.3.4 分散介质pH 值对 MMT 的影响  17-18
    1.3.5 MMT 的热分析  18-19
    1.3.6 粘土与有机化合物间的化学反应  19-20
  1.4 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料  20-24
    1.4.1 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法  20-21
    1.4.2 PLS 纳米复合材料形态分类  21-23
    1.4.3 PLS 纳米复合材料的物理力学性能  23-24
  1.5 本论文的目的与意义  24-25
第二章 羧基官能团与蒙脱土片层间的相互作用  25-40
  2.1 引言  25
  2.2 实验部分  25-28
    2.2.1 主要原料  26
    2.2.2 实验方法  26-27
      2.2.2.1 月桂酸钠溶液的配制  26
      2.2.2.2 重结晶月桂酸钠的制备  26
      2.2.2.3 MMT 悬浮液配制  26-27
      2.2.2.4 不同pH 值的月桂酸钠/MMT 复合物的制备  27
      2.2.2.5 明胶水溶液的配制  27
      2.2.2.6 明胶/MMT 插层复合物制备  27
    2.2.3 试样的表征与测试  27-28
      2.2.3.1 X 射线衍射（XRD）分析  27
      2.2.3.2 红外光谱（FT-IR）分析  27-28
      2.2.3.3 TG 热分析  28
      2.2.3.4 固态核磁共振（13C CP/MAS/DD NMR）分析  28
      2.2.3.5 溶胀性能的测定  28
  2.3 结果与讨论  28-38
    2.3.1 羧基负离子与 MMT 的相互作用  28-36
      2.3.1.1 不同pH 值月桂酸钠/MMT 复合物 XRD 分析  29-31
      2.3.1.2 月桂酸钠/MMT 复合物 TG 分析  31-32
      2.3.1.3 月桂酸钠/MMT 复合物 FT-IR 分析  32-35
      2.3.1.4 月桂酸钠/MMT 复合物13C CP/MAS/DD NMR 分析  35-36
    2.3.2 不同pH 值明胶/MMT 复合材料特性分析  36-38
      2.3.2.1 不同pH 明胶/MMT 插层复合材料溶胀性能分析  36-37
      2.3.2.2 不同pH 明胶/MMT 插层复合材料的 TG 分析  37-38
  2.4 本章结论  38-40
第三章 从复合材料力学性能角度分析明胶与蒙脱土间相互作用  40-59
  3.1 引言  40
  3.2 实验部分  40-43
    3.2.1 主要原料  41
    3.2.2 实验方法  41-43
      3.2.2.1 明胶溶液配制  41
      3.2.2.2 MMT 悬浮液配制  41
      3.2.2.3 交联明胶膜的制备  41-42
      3.2.2.4 不同pH 值明胶薄膜制备  42
      3.2.2.5 明胶改性  42
      3.2.2.6 不同明胶/MMT 配比的插层复合材料制备  42
      3.2.2.7 不同pH 值的插层复合材料制备  42
      3.2.2.8 改性明胶/MMT 插层复合材料制备  42
      3.2.2.9 插层交联材料的制备  42-43
    3.2.3 试样的表征与测试  43
      3.2.3.1 X 射线衍射（XRD）分析  43
      3.2.3.2 力学性能测试  43
      3.2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）观察  43
      3.2.3.4 红外光谱（FT-IR）分析  43
  3.3 结果与讨论  43-57
    3.3.1 改进明胶材料力学性能手段的比较  43-50
      3.3.1.1 交联明胶的力学性能  43-45
      3.3.1.2 复合材料的微观结构与力学性能  45-46
      3.3.1.3 交联复合材料的微观结构与力学性能  46-48
      3.3.1.4 交联与复合对改善明胶力学性能的比较  48-50
      3.3.1.5 复合材料制备手段小结  50
    3.3.2 不同明胶/MMT 配比复合材料的研究  50-53
      3.3.2.1 不同反应物配比复合材料的微观结构  50-52
      3.3.2.2 不同反应物配比复合材料的力学性能  52-53
    3.3.3 不同pH 值明胶/MMT 复合材料的研究  53-56
      3.3.3.1 不同pH 值明胶的力学性能  53
      3.3.3.2 不同pH 值明胶/MMT 插层复合材料的微观结构  53-54
      3.3.3.3 不同pH 值复合材料的力学性能  54-56
    3.3.4 改性明胶/MMT 复合材料的研究  56-57
      3.3.4.1 改性明胶/MMT 复合材料的微观结构  56-57
      3.3.4.2 改性明胶/MMT 复合材料的力学性能  57
  3.4 本章结论  57-59
第四章 蒙脱土片层上的相互作用位点的研究  59-70
  4.1 引言  59
  4.2 实验部分  59-62
    4.2.1 主要原料  59-60
    4.2.2 实验方法  60-61
    4.2.3 试样的表征与测试  61-62
      4.2.3.1 TG，DTA 热分析  61
      4.2.3.2 红外光谱（FT-IR）分析  61
      4.2.3.3 X 射线衍射（XRD）分析  61
      4.2.3.4 力学性能测试  61
      4.2.3.5 扫描电子显微镜（SEM）观察  61-62
  4.3 结果与讨论  62-68
    4.3.1 羧基负离子与热处理改性MMT 的相互作用  62-65
      4.3.1.1 原始MMT 的TG&DTA 分析  62-63
      4.3.1.2 热处理改性MMT 的FT-IR 光谱分析  63-64
      4.3.1.3 热处理改性MMT 的XRD 分析  64-65
      4.3.1.4 月桂酸钠与热处理改性MMT 的相互作用分析  65
    4.3.2 明胶/热处理改性MMT 复合材料的特性分析  65-68
      4.3.2.1 明胶/热处理改性MMT 复合材料的微观结构  65-66
      4.3.2.2 明胶/热处理改性MMT 复合材料的力学性能  66-67
      4.3.2.3 明胶/热处理改性MMT 复合材料中MMT 的分散状态  67-68
  4.4 本章结论  68-70
全文主要结论  70-71
参考文献  71-76
攻读硕士期间完成的论文及参与的科研项目  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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