水滑石插層結(jié)構(gòu)紫外阻隔材料的組裝與性能研究.pdf

1、太陽光中過量的紫外輻射對地球上的生物及材料造成極大的破壞作用，每年材料的紫外老化導(dǎo)致了大量的資源浪費和經(jīng)濟損失。水滑石(LDHs)作為一類無機超分子結(jié)構(gòu)功能材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥材料、阻燃材料、催化材料等領(lǐng)域。近年來LDHs材料在耐紫外老化瀝青的應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的效果，可以明顯減緩瀝青的老化。為進一步提高LDHs材料的紫外阻隔性能，有必要更深入地探索和研究LDHs材料的超分子結(jié)構(gòu)對紫外光的阻隔機理及構(gòu)效關(guān)系，從而為開發(fā)性能優(yōu)異的新

2、型超分子結(jié)構(gòu)層狀紫外阻隔材料，以及進一步探索其在高分子材料抗紫外老化領(lǐng)域的應(yīng)用提供實驗依據(jù)和理論支持。
　　本論文針對高分子材料的紫外老化現(xiàn)象和目前紫外阻隔材料在應(yīng)用過程中存在的問題，基于結(jié)構(gòu)化學(xué)和超分子化學(xué)基本原理，探索了LDHs材料的紫外阻隔機理，對LDHs層狀材料的超分子結(jié)構(gòu)、能級特征、缺陷結(jié)構(gòu)、主客體相互作用以及協(xié)同作用等方面進行了系統(tǒng)研究。結(jié)合高分子材料的老化機理和LDHs材料的結(jié)構(gòu)特征，對LDHs的層板結(jié)構(gòu)和層間客體進

3、行了調(diào)控，制備了一系列性能優(yōu)良的超分子結(jié)構(gòu)紫外阻隔材料。進一步將其添加到瀝青和聚丙烯(PP)中進行紫外加速老化實驗，考察了其對高分子材料的抗紫外老化效果，為其實際應(yīng)用提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
　　1.LDHs的紫外阻隔機理及構(gòu)效關(guān)系研究
　　首先采用成核/晶化隔離法可控合成了不同粒徑、不同層板組成的LDHs材料，總結(jié)并分析了實驗參數(shù)對LDHs材料結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，為工業(yè)中LDHs材料的生產(chǎn)工藝提供了技術(shù)支持。其次，從實

4、驗表征和理論計算兩方面探索了層板組成對LDHs紫外吸收性能的影響機理，并研究了LDHs的尺寸效應(yīng)對其紫外屏蔽性能的影響。將LDHs材料添加到瀝青中進行紫外加速老化實驗，進一步考察了LDHs材料在耐紫外老化瀝青中的實際應(yīng)用價值，為LDHs材料的工業(yè)化應(yīng)用及推廣提供了一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
　　2.LDHs材料的表面缺陷對其紫外阻隔性能的影響機制研究
　　利用化學(xué)刻蝕法對LDHs材料層板的微觀結(jié)構(gòu)進行表面修飾，引入并調(diào)控氧空

5、位缺陷的密度和分布。結(jié)果表明，LDHs材料經(jīng)過刻蝕處理后，其紫外吸收性能得到了顯著提高。結(jié)合結(jié)構(gòu)化學(xué)和能帶理論，該化學(xué)刻蝕法一方面通過氧空位缺陷結(jié)構(gòu)減小了LDHs材料的禁帶寬度，進而優(yōu)化了其紫外吸收性能;另一方面，帶正電的氧空位缺陷結(jié)構(gòu)能夠吸收高分子材料老化過程中產(chǎn)生的活性自由基，從根本上抑制其老化過程，從而實現(xiàn)了LDHs材料對高分子材料的保護作用。將制備的改性LDHs材料添加到聚丙烯和瀝青中進行紫外加速老化測試，結(jié)果表明具有表面缺陷的

6、LDHs材料顯著提高了兩種高分子材料的抗紫外老化性能。該方法可以有效擴大LDHs材料的紫外吸收范圍，增加其紫外吸收強度，可用于對LDHs材料紫外阻隔性能的進一步優(yōu)化。
　　3.無機—有機主客體結(jié)構(gòu)水滑石紫外阻隔材料的制備及性能研究
　　基于LDHs材料的超分子層狀結(jié)構(gòu)特征和能量轉(zhuǎn)化原理，將熒光客體插入到LDHs層間，制備了新型無機—有機主客體LDHs紫外阻隔材料。利用層間客體將紫外光轉(zhuǎn)化為熒光耗散，從而減緩材料的紫外光老化和

7、熱老化過程，實現(xiàn)了主體層板對紫外線的屏蔽和層間客體的吸收雙重紫外阻隔作用。由于層板對層間客體的保護作用，主客體復(fù)合材料具有良好的光熱穩(wěn)定性。另外，由于LDHs層板對層間客體的空間限域作用，主客體復(fù)合材料的熒光壽命（提高為原來的4倍）和量子產(chǎn)率（提高為原來的2倍）都有很大的提高，表明復(fù)合材料對紫外光具有很高的轉(zhuǎn)化效率。利用密度泛函理論對主客體復(fù)合材料的構(gòu)效關(guān)系進行了深入研究，揭示了主客體相互作用對其紫外吸收性能的影響機理。該工作對于設(shè)計和