反相氣相色譜法探究水滑石有機-無機雜化材料的表面性質(zhì).pdf

1、本文采用共沉淀法合成了鎂鋁水滑石、鋅鋁水滑石、銅鎂鋁水滑石,用十二烷基硫酸鈉(SDS)與硅烷偶聯(lián)劑(KH570、KH550、KH151)對鎂鋁及鋅鋁水滑石進行復合改性,得到水滑石有機-無機雜化材料:插層改性材料、表面改性材料及插層.表面改性材料。并用反相氣相色譜法(IGC)表征了鎂鋁水滑石、鋅鋁水滑石、銅鎂鋁水滑石及雜化材料的表面性質(zhì),探究了有機改性對水滑石表面性質(zhì)的影響,對銅鎂鋁水滑石體系的穩(wěn)定性及表面酸堿性進行了討論,借助計算機模擬

2、推測了雜化材料生成的機理。
　　 研究結果表明:
　　 (1)XRD、FTIR及TG-DTA測試結果表明,SDS插入鎂鋁水滑石層間,KH570覆蓋在鎂鋁水滑石表面,插層-表面改性材料KH570-SDS-LDHs疏水性、熱穩(wěn)定性最佳。IGC結果表明水滑石經(jīng)過表面改性,表面吸附自由能減小,色散能減小,表面活性降低,顆粒間的分散性得到較好地改善。KH570-SDS-LDHs色散能最小,在433K時為17.49mJ·m-2。探針

3、分子與雜化材料間的色散能均隨溫度升高而減小,表明可以在制備聚合物/水滑石類材料時,利用提高溫度來改善水滑石材料與聚合物的相容性。還定性地表征了鎂鋁水滑石及雜化材料表面的酸堿性,發(fā)現(xiàn)改性后,水滑石表面堿性減弱。KH570-SDS-LDHs與有機物間相互作用最強、相容性最好,這是由于SDS-LDHs表面已呈親油性,故KH570更容易被吸附到表面,使表面羥基位點基本被覆蓋。
　　 (2)根據(jù)XRD、FTIR的結果及計算機對SDS插層鋅

4、鋁水滑石的模擬結果,推測出改性機理為:離子交換過程中,溶液中的SDS先與位于層邊緣的NO3-交換,進入層間的SDS在層間擴散,與層間的NO3-交換,使其處于層邊緣,然后溶液中的SDS繼續(xù)與層邊緣的NO3-交換,最終SDS以單層垂直方式排列于層間,而硅烷偶聯(lián)劑包覆在水滑石表面,與層板羥基偶聯(lián)。IGC結果表明,KH151-SDS-LDHs及KH550-SDS-LDHs的色散能較接近,可能是KH151與KH550的碳鏈長度相近的緣故。定量地表

5、征了水滑石及雜化材料表面的酸堿性,由材料表面的酸堿常數(shù),判斷出SDS-LDHs表面趨于兩性,KH151-SDS-LDHs及KH550-SDS-LDHs表面偏堿。
　　 (3)FTIR及IGC結果表明,隨著Cu2+含量的增加,銅鎂鋁水滑石表面吸附自由能及表面能色散組分增加,體系的穩(wěn)定性下降,這與計算模擬的結果相一致,可能由于Cu2+本身具有的Jahn-Teller畸變極大地影響了層板的穩(wěn)定性,導致含銅水滑石體系的穩(wěn)定性降低;定性地