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聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

作　者: 邓坤
导　师: 杨丰科
学　校: 青岛科技大学
专　业: 药物化学
关键词: 纳米复合材料层状双氢氧化合物PVA 机械性能结晶行为
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚乙烯醇(简称PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物,其性能介于塑料与橡胶之间。由于其独特的成膜性、生物兼容性、气体阻隔性以及生物降解能力,PVA材料被大量应用于膜技术、给药系统、阻燃材料和人工医学设备等领域。但PVA材料在机械性能上的不足限制了其更广泛的应用,因此寻找一种机械性能大幅提升的新型PVA材料对于PVA的应用和PVA工业尤为重要。本论文正是在这一背景下开展的探索性工作。聚合物/无机物纳米复合材料乃当今材料学领域最活跃的前沿热点之一,但此前对于层状双氢氧化物填充PVA的研究尚不多见。本论文采用层状双氢氧化物(LDHs)作为无机填料,通过纳米复合的手段将PVA材料与LDHs在纳米尺度上复合,制备了具有“砖墙结构”的新型PVA/LDH纳米复合材料。同时与传统的溶液混合法制备的PVA/LDH对照,探索“砖-墙结构”对PVA/LDH纳米复合材料的影响,系统研究其机械性能、硬度与结晶行为,并对其机理进行了初步探讨。主要研究内容和结果如下：通过尿素-离子交换法和共沉淀法分别制备了层间阴离子为硝酸根离子的层状双氢氧化物(LDH-NO3),并采用甲酰胺对其进行剥离,进而使用被剥离成单层结构的LDHs制备了定向的LDHs膜,然后分别使用溶液混合法和插层法将LDHs定向膜与PVA材料进行复合。XRD、FTIR和SEM结果表明,相对于溶液混合法,插层法中PVA插层进入了LDH-NO3的层间,形成了单片LDH与PVA组成的纳米复合材料。拉伸实验和纳米压痕研究结果表明,LDHs的加入有效地改变了PVA材料的机械力学性能和硬度。最后通过DSC初步研究了PVA/LDH的结晶行为。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-35
  1.1 LDHs的结构、制备、性质及剥离简介  10-18
    1.1.1 名词说明  10
    1.1.2 LDHs的化学组成与结构特征  10-11
    1.1.3 LDHs的制备  11-13
      1.1.3.1 共沉淀法  11-12
      1.1.3.2 水热合成法  12
      1.1.3.3 阴离子交换法  12
      1.1.3.4 煅烧-再水合复原法  12-13
    1.1.4 LDHs的性质  13-14
      1.1.4.1 阴离子交换性质  13
      1.1.4.2 热分解性质  13-14
    1.1.5 LDHs的剥离分散  14-18
  1.2 PVA/LDH纳米复合材料的制备  18-23
    1.2.1 聚合物基纳米复合材料的常见制备方法  18-21
      1.2.1.1 溶胶-凝胶法  18-19
      1.2.1.2 原位聚合法  19
      1.2.1.3 插层法  19-20
      1.2.1.4 共混法  20-21
      1.2.1.5 其他方法  21
    1.2.2 制备PVA/LDH纳米复合材料的常规方法  21-23
      1.2.2.1 溶液混合法制备PVA/LDH  21-23
      1.2.2.2 层层自组装法制备PVA/LDH  23
  1.3 PVA/LDH纳米复合材料的结构表征  23-28
    1.3.1 PVA/LDH的XRD表征  23-24
    1.3.2 PVA/LDH的FTIR表征  24-25
    1.3.3 PVA/LDH纳米复合材料的透射电镜表征  25-26
    1.3.4 PVA/LDH纳米复合材料的结晶行为  26-28
  1.4 PVA/LDH纳米复合材料的性能表征  28-32
    1.4.1 机械力学性能  28-30
    1.4.2 耐热性能  30-31
    1.4.3 阻燃性能  31-32
  1.5 本论文研究的目的意义与主要内容  32-35
    1.5.1 本论文研究的目的意义  32-33
    1.5.2 本论文研究的主要内容  33-35
第二章层状双氢氧化物(LDHs)的制备及结构表征  35-51
  2.1 实验仪器及试剂  35-36
    2.1.1 实验原料  35
    2.1.2 主要仪器及设备  35-36
  2.2 实验方法  36-37
    2.2.1 尿素-离子交换法制备MgAl-LDH-NO_3  36
      2.2.1.1 尿素法制备MgAl-LDH-CO_3  36
      2.2.1.2 离子交换法制备MgAl-LDH-NO_3  36
    2.2.2 共沉淀法制备MgAl-LDH-NO_3  36-37
    2.2.3 LDHs的组成与结构表征  37
  2.3 结果与讨论  37-49
    2.3.1 尿素法制备MgAl-LDH-CO_3  37-42
    2.3.2 离子交换制备MgAl-LDH-NO_3  42-46
    2.3.3 共沉淀法制备LDH  46-49
  本章小结  49-51
第三章 PVA/LDH纳米复合材料的制备与结构以及性能表征  51-75
  3.1 实验仪器及试剂  52
    3.1.1 实验原料  52
    3.1.2 主要仪器及设备  52
  3.2 实验方法  52-54
    3.2.1 LDHs的剥离  53
    3.2.2 石英片的清洗  53
    3.2.3 LDHs定向膜的制备  53
    3.2.4 PVA簿膜的制备  53
    3.2.5 PVA/LDH纳米复合材料的制备  53-54
  3.3 结果与讨论  54-72
    3.3.1 LDH-NO_3的剥离  54-56
    3.3.2 剥离后的LDHs的定向  56-59
    3.3.3 PVA/LDH纳米复合材料结构表征  59-64
    3.3.4 PVA/LDH的性能表征  64-72
      3.3.4.1 机械性能表征-拉伸测试  64-67
      3.3.4.2 纳米压痕-硬度测试  67-69
      3.3.4.3 示差扫描量热法测试  69-72
  本章小结  72-75
结论  75-78
参考文献  78-84
致谢  84-85
攻读学位期间发表学术论文目录  85-86

聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

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