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聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与性能研究

作　者: 李发炎
导　师: 胡章文
学　校: 安徽工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 镁铝双金属氢氧化物聚乙烯醇纳米复合材料溶液共混法剥离-吸附法
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚合物/层状双金属纳米复合材料由于它在力学性能、阻燃性能、热稳定性、光学性能等方面的性能,能弥补常规聚合物材料的不足,成为了复合材料研究的热点。本文研究了聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料的溶液共混法和层离-吸附法制备,并对两种方法制备的复合材料在力学性能、阻燃性能和热稳定性能上,进行了研究和对比。实验研究结果表明,镁铝双金属氢氧化物的加入,对复合材料的总体性能方面有较大的提高和改善。主要的研究内容如下：1.采用共沉淀法,用不同于传统滴加方法的滴加方式,制备镁铝双金属氢氧化物纳米材料。同时讨论了初始Mg/Al比、反应体系的pH值和陈化结晶对产物结晶度的影响,并用X射线衍射(XRD)扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和热重(TG)对最终产物进行表征。结果表明,初始的Mg/Al比为1：1时,产物的晶型不完整,结晶度很差,Mg/Al比为2-4：1时,均能制得镁铝双金属氢氧化物纳米材料；反应体系pH值为10.5时,产物会伴有Mg(OH)2生成。pH值高于10.5之后,随反应体系的pH值升高,结晶度越好；陈化结晶有利于产物结晶度的提高。最终制备的镁铝双金属氢氧化物纳米材料在240℃以下是热稳定的,其层板构造也很清晰,而红外吸收峰是由游离水、层间羟基和层间CO32-以及之间的氢键所产生的。2.采用溶液共混法制备聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料,考察了镁铝双金属氢氧化物添加量、反应时间和聚乙烯醇水溶液的浓度,对合成的聚乙烯醇纳米复合材料中镁铝双金属氢氧化物的分散情况的影响。结果表明,镁铝双金属氢氧化物的添加量少于8.5%时,能使镁铝双金属氢氧化物较为均匀的分散；反应时间的延长是有利于提高镁铝双金属氢氧化物的分散效果,反应时间大于6h的比较理想；较低浓度的聚乙烯醇水溶液可以得到分散较为均匀的薄膜。3.采用层离-吸附法制备聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料,考察了镁铝双金属氢氧化物含量对分散性的影响,并用于溶液共混法的对比。结果表明,剥离-吸附法制备的复合材料中,镁铝双金属氢氧化物的分散性要好于溶液共混法制备的复合材料,但反应体系比溶液共混法的体系要复杂。4.研究了聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料的力学性能、阻燃性能和热稳定性能,并对两种方法做了对比。结果表明,镁铝双金属氢氧化物的加入能改善复合材料的力学性能,阻燃性能有明显提高,热稳定性能也有明显改善。利用溶液共混法和层离-吸附法两种不同方法合成的复合材料比纯聚乙烯的拉伸强度分别提高了33.16%和66.84%,极限氧指数分别提高了62.94%和77.16%,初始分解温度可以分别提高14.8℃和16.1℃,50%失重温度可以提高38.3℃和40.1℃。层离-吸附法制备的聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料在总体性能上要优于溶液共混法。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
目录  12-16
第1章绪论  16-28
  1.1 引言  16
  1.2 层状双金属氢氧化物的组成和结构  16-17
  1.3 层状双金属氢氧化物的合成方法  17-20
    1.3.1 共沉淀法合成  17-18
    1.3.2 水热法合成  18
    1.3.3 溶胶-凝胶法合成  18-19
    1.3.4 焙烧复原法  19
    1.3.5 离子交换法  19
    1.3.6 成核/晶化隔离法  19-20
    1.3.7 机械化学法  20
  1.4 层状双金属氢氧化物的应用  20-22
    1.4.1 在塑料领域的应用  20-21
    1.4.2 在催化领域的应用  21
    1.4.3 在吸附领域的作用  21
    1.4.4 在阻燃材料领域的应用  21-22
    1.4.5 在医药领域的应用  22
    1.4.6 在其他领域的应用  22
  1.5 聚合物/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的合成  22-24
    1.5.1 共混法  22-23
    1.5.2 层离-吸附法  23-24
    1.5.3 原位聚合法  24
    1.5.4 溶胶-凝胶法  24
  1.6 聚合物/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的性能  24-26
    1.6.1 复合材料的力学性能  25
    1.6.2 复合材料的阻燃性能  25-26
    1.6.3 复合材料的热稳定性能  26
    1.6.4 复合材料的光学性能  26
  1.7 本文研究的内容和意义  26-28
第2章镁铝双金属氢氧化物的制备及表征  28-36
  2.1 引言  28-29
    2.1.1 水热法  28
    2.1.2 成核/晶化隔离法  28
    2.1.3 二次合成方法  28
    2.1.4 共沉淀法  28-29
  2.2 实验部分  29-30
    2.2.1 实验试剂  29
    2.2.2 实验仪器  29
    2.2.3 实验方法  29-30
    2.2.4 表征方法  30
  2.3 结果与讨论  30-35
    2.3.1 X射线衍射(XRD)分析  30-33
    2.3.2 红外光谱(FT-IR)分析  33-34
    2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析  34
    2.3.4 热重(TGA)和差热(DTA)分析  34-35
  2.4 小结  35-36
第3章溶液共混法制备聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料  36-44
  3.1 引言  36-37
  3.2 实验部分  37-38
    3.2.1 实验试剂  37
    3.2.2 实验仪器  37
    3.2.3 实验方法  37-38
    3.2.4 表征方法  38
  3.3 结果与讨论  38-42
    3.3.1 X射线衍射(XRD)分析  38-39
    3.3.2 MgAl-LDH加入量的影响  39-40
    3.3.3 反应时间的影响  40-41
    3.3.4 PVA水溶液浓度的影响  41-42
  3.4 小结  42-44
第4章层离-吸附法制备聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料  44-48
  4.1 引言  44
  4.2 实验部分  44-45
    4.2.1 实验试剂  44
    4.2.2 实验仪器  44
    4.2.3 实验方法  44-45
    4.2.4 表征方法  45
  4.3 结果与讨论  45-47
    4.3.1 X射线衍射(XRD)分析  45-46
    4.3.2 扫描电镜(SEM)分析  46-47
  4.4 小结  47-48
第5章聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料的性能研究  48-57
  5.1 引言  48
  5.2 实验部分  48-49
    5.2.1 实验试剂  48
    5.2.2 实验仪器  48-49
    5.2.3 样品制备  49
    5.2.4 测试方法  49
  5.3 结果与讨论  49-55
    5.3.1 PVA/MgAl-LDH复合材料的力学性能  49-51
    5.3.2 PVA/MgAl-LDH复合材料的阻燃性能  51-54
    5.3.3 PVA/MgAl-LDH复合材料的热稳定性能  54-55
  5.4 小结  55-57
第6章结论与展望  57-59
  6.1 主要结论  57-58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-68
攻读硕士期间发表论文情况  68-69
致谢  69

聚乙烯醇/镁铝双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与性能研究

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