超分子插層結(jié)構(gòu)設(shè)計與紫外阻隔性能研究.pdf

1、層狀復合金屬氫氧化物（LDHs，又稱水滑石）層板之間的限域空間可作用于層間客體分子，使層間客體分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導致性能的變化;此外，主體層板與客體陰離子存在可以調(diào)控的超分子相互作用，對材料性能也具有重要影響。因此，利用LDHs的層間限域效應以及主客體相互作用的可調(diào)控性，設(shè)計新型超分子結(jié)構(gòu)紫外阻隔材料，并將其用于提高瀝青的抗紫外老化性能，對于發(fā)展超分子插層結(jié)構(gòu)功能材料和提高瀝青的服役壽命，具有重要理論意義和實際價值。
　　本論

2、文采用離子交換法，將存在內(nèi)酯式和醌式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化平衡反應的酚酞(PPN)插入到不同金屬元素組成的LDHs層間，采用XRD、FT-IR和13C NMR、UV-vis等研究了PPN在LDHs層間限域作用下從內(nèi)酯式結(jié)構(gòu)向醌式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的過程，以及對紫外吸收性能的影響。研究表明，PPN插層前存在形式是內(nèi)酯式結(jié)構(gòu)，插層后在LDHs層間的存在形式主要是醌式結(jié)構(gòu)，同時也存在少量內(nèi)酯式結(jié)構(gòu)和三價結(jié)構(gòu)。LDHs層間可以給PPN提供一個堿性環(huán)境，而且LDHs的層

3、間限域效應能夠使PPN結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)換，平衡向醌式結(jié)構(gòu)移動，產(chǎn)生更大的共軛結(jié)構(gòu)，使插層結(jié)構(gòu)LDHs的紫外吸收性能相比PPN得到大幅度提升，同時紫外吸收范圍也從UVC和UVB擴大到覆蓋整個紫外波段。層板的金屬離子種類可以改變PPN平衡的移動，紫外吸收性能強弱順序為:MgAl-PPN-LDHs＞CoAl-PPN-LDHs＞CaAl-PPN-LDHs。將紫外吸收性能良好的MgAl-PPN-LDHs加入瀝青中，瀝青老化后的VAI為10.4％，△S為

4、1.0℃，相比基質(zhì)瀝青的VAI(36.0％)和△S(4.25℃)分別降低了71％和76％。
　　本論文將能夠與LDHs層板形成氫鍵的鈣羧酸(CCA)以及不能形成氫鍵的鉻變素FB(CFB)分別插入到不同金屬元素組成的LDHs層間，利用XRD、FT-IR和UV-vis等研究了LDHs主體層板與客體CCA的氫鍵作用及對插層LDHs紫外-可見光吸收性能的影響。研究表明，因為羰基與不同LDHs的層板羥基形成了強度不同的氫鍵，使CCA羰基的紅

5、外振動峰產(chǎn)生了較大差異，導致插層結(jié)構(gòu)LDHs在可見光區(qū)的吸光度發(fā)生了較大變化，且氫鍵作用越強，在可見光區(qū)的吸收強度越低。這可能是由于CCA與LDHs層板羥基的氫鍵相互作用力增強，減少了分子內(nèi)氫鍵的數(shù)量，導致在可見光區(qū)的吸收強度降低。CFB插層后磺酸基團的特征峰的位置幾乎沒有發(fā)生變化，這可能是磺酸基與LDHs層板沒有形成氫鍵或作用力較弱。上述研究表明，主客體氫鍵作用對CCA插層LDHs的紫外-可見光吸收性能具有較大影響，而對CFB影響較小

6、。此外，由于CCA與LDHs層板存在氫鍵的相互作用，CCA進入LDHs層間后熱穩(wěn)定性能得到大幅度提升（提高了約200℃）。將MgAl-CCA-LDHs與MgAl-CFB-LDHs分別加入瀝青中，MgAl-CCA-LDHs改性瀝青老化后的VAI為18.4％，△S為2.50℃，相比基質(zhì)瀝青的VAI和△S分別降低了49％和41％，MgAl-CFB-LDHs改性瀝青老化后的VAI為17.1％，△S為2.05℃，相比基質(zhì)瀝青的VAI和△S分別降低