微波協(xié)同法制備高嶺石-有機物納米復(fù)合材料研究.pdf

1、插層反應(yīng)是制備聚合物/粘土納米復(fù)合材料的有效方法之一。本文以高嶺石及其有機插層復(fù)合物為研究對象，創(chuàng)新性的采用微波協(xié)同的方法，通過插層-取代-原位聚合的方法制備了高嶺石/有機插層復(fù)合材料，從而提出了一類制備聚合物/粘土納米復(fù)合材料的新型工藝過程，并同時探討了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)特征和反應(yīng)機理。在選擇制備前驅(qū)體插層劑的研究過程中，通過對醋酸鉀(KAc)、二甲亞砜(DMSO)等不同種類的有機分子插層劑的實驗得出，微波對大偶極距、小分

2、子物質(zhì)，如DMSO的插層反應(yīng)具有相當(dāng)明顯的促進作用，在微波誘導(dǎo)作用0.5h，插層率可以達(dá)到77.3％，2h可以達(dá)到89.2％，微波可使插層反應(yīng)時間從通常的幾天縮短到2h。微波對KAc插層反應(yīng)的誘導(dǎo)效應(yīng)不明顯，除了其鹽類性質(zhì)對微波作用的影響外，其偶極距相對分子大小的比值小，是它在微波作用下效果不明顯的主要原因。提出一種醋酸鉀插層高嶺石的模型：既醋酸根離子首先與水分子配位結(jié)合，然后配位體中的水分了再與內(nèi)表面鋁羥基以氫鍵形式相結(jié)

3、合，推斷出水合K+離子處于醋酸根中的甲基和硅氧畫的復(fù)三方孔之間，并且水合K+離子部分處于復(fù)三方孔中。利用微波的特殊效果可使參與取代的丙烯酰胺與聚乙二醇的置換速度和置換率迅速提高，在控制反應(yīng)溫度為80℃時，50分鐘的微波輻照可使前者的置換率高達(dá)77％。通過研究兩種復(fù)合物的制備過程，探討了微波對層間取代反應(yīng)的影響，并利用X射線衍射、紅外光譜、TG/DSC分析、透射電鏡等測試方法，分析了插層復(fù)合物的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)微波除了有增加插

4、層速率等作用外，在條件控制得當(dāng)?shù)那闆r下，還可以促使高嶺石片層發(fā)生剝離而不破壞晶體結(jié)構(gòu)。 這一發(fā)現(xiàn)對于快速制備高嶺石/有機物插層復(fù)合物提出了全新的思路，是對現(xiàn)有工藝制備過程的創(chuàng)新性發(fā)展。在微波輻射條件下以剝片的高嶺石片晶為模板，通過控制反應(yīng)區(qū)域并限定產(chǎn)物的形態(tài)與取向，控制晶體的生長，制備了具有簇狀晶須結(jié)構(gòu)的納米ZnO粒子(晶須長200～350nm，直徑40～60nm)，且其紅外吸收能力大為增強。本項研究工作得到了國家自然科