超分子插层结构选择性红外吸收材料的制备及应用研究
层状双羟基复合金属氢氧化物俗称水滑石(Layered DoubleHydroxides,简写为LDHs),是一类阴离子型层状化合物,其主要特征是主体层板组成和层板电荷密度在一定范围内具有可调变性而且层间客体阴离子具有可交换性。上述特征使LDHs成为一类具有特殊结构和性能的功能材料,在催化化学、电化学、分离吸附、生物医药和功能助剂等众多领域得到了广泛的研究和应用。
本论文系统研究了超分子插层结构选择性红外吸收材料的合成及其在低密度聚乙烯(LDPE)农膜中的应用,详细考察了LDHs的前体组成、功能性客体阴离子的性质等因素对目标产物红外吸收选择性和吸收效率的影响；研究了LDHs结构对客体耐热性能的影响以及将插层结构LDHs作为功能助剂制备的LDHs／LDPE复合材料薄膜的保温性能。此外,还探讨了插层结构LDHs在LDHs／LDPE薄膜中的分散性以及插层结构LDHs的添加对LDPE薄膜的耐热性、力学性能以及透光性等性能的影响。
采用成核／晶化隔离法制备了镁铝碳酸根型水滑石(MgAl-CO3-LDHs)和镁铝硝酸根型水滑石(MgAl-NO3-LDHs)。分别以MgAl-CO3-LDHs和MgAl-NO3-LDHs为前驱体,以在7～25μm波长范围,特别在9～11μm范围内具有较强红外吸收性能的磷酸二氢根阴离子(H2PO4-)、亚氨基二乙酸阴离子(IDA)、N,N-双(膦羟甲基)甘氨酸阴离子(GLYP)以及氨基三亚甲基膦酸阴离子(ATMP)为插层客体,通过超分子插层组装,制备得到4种新型超分子插层结构选择性红外吸收材料MgAl-H2PO4-LDHs、MgAl-IDA-LDHs、MgAl-GLYP-LDHs和MgAl-ATMP-LDHs。采用XRD、FT-IR、TG-DTA-DTG、SEM和ICP等手段,对LDHs前驱体和超分子插层结构LDHs的组成和结构进行了分析和表征。结果表明,采用离子交换的方法能够制备晶体结构规整和晶相单一的超分子插层结构选择性红外吸收材料,并且功能性客体阴离子的插层组装显著提高了相应客体物种的热稳定性。
采用FT—IR分析手段详细考察了4种超分子插层结构选择性红外吸收材料的红外吸收性能及其与客体阴离子组成的关系。研究结果表明,插层LDHs的红外吸收选择性和吸收效率主要由层间阴离子的红外吸收特性和层间阴离子的数量所决定,LDHs的层状结构对选择性红外吸收具有明显的促进作用。
采用母粒工艺,以4 wt％的比例分别将MgAl-CO3-LDHs和4种超分子插层结构选择性红外吸收材料添加到LDPE基体中制成LDHs／LDPE复合材料薄膜。采用TEM、XRD、TG-DTA和FT-IR等分析手段对LDHs／LDPE薄膜的结构和性能进行表征。研究结果表明,LDHs均匀地分散于LDPE基体中,且不影响LDPE的微观及介观结构；LDHs／LDPE复合材料薄膜在夜间地表的红外热辐射峰值范围(9～11μm)的吸收显著增加,从而提高了选择性红外吸收性能；在4种超分子插层结构选择性红外吸收材料中H2PO4-插层LDHs的选择性红外吸收性能最强,其它3种有机阴离子插层LDHs的选择性红外吸收性能强弱的顺序为ATMP>GLYP>IDA。
采用FT-IR、微机控制电子万能试验机和TG-DTA等分析手段和实验方法,探讨了加入LDHs对LDPE膜的可见光透过率、力学性能和热稳定性的影响。研究表明,当LDHs的添加量为4 wt％时,对LDPE膜的可见光透过率和力学性能基本无影响,且LDPE膜的热稳定性显著提高。
水滑石;超分子插层组装;红外吸收材料;磷酸二氢根;亚氨基二乙酸;氨基三亚甲基膦酸;聚乙烯薄膜
北京化工大学
博士
化学工程与技术
李殿卿
2011
中文
TN213;O641.3
137
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）