葡萄糖酸蒙脱石纳米带的剥离机理及应用研究

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聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是一种具有诸多优异性能的有机/无机杂化复合材料。无机纳米粘土颗粒的加入使得复合材料的力学性能、加工性能、阻隔性能、热稳定性能等均有不同程度的提高,并使得该类材料有着良好的应用前景。蒙脱石是膨润土矿物的主要成分,其特殊的层状结构及特点使其容易剥离,成为最有应用价值的层状硅酸盐材料,受到科研工作者的广泛关注。在课题组前期工作的基础上,本文采用有机酸改性的方法制备剥离型葡萄糖酸蒙脱石纳米带。采用单因素分析的方法,以制备尺寸形貌不被破坏的纳米带为目标,考察了原料预处理过程的分散与提纯、剥离过程的助分散剂类型与搅拌转速对蒙脱石纳米带长度的影响,并通过扫描电镜分析、X射线衍射分析、差示扫描量热分析等方法对制备得到的蒙脱石纳米带进行表征,研究蒙脱石纳米带的形貌和基本结构。同时,选取了聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、透明质酸3种水溶性高分子物质作为应用研究对象,考察葡萄糖酸蒙脱石纳米带的加入对其性能的影响,并研究了长纳米带(长度约为36μm)与经过粉碎的短带(长度约为5μm)之间应用效果的差异。制备实验结果表明:蒙脱石颗粒由蒙脱石纳米带叠合而成,葡萄糖酸蒙脱石纳米带的最佳制备工艺为:膨润土矿采用湿法分散,沉降提纯取中间层为原料,酸活化及碱负载环节避免干燥和粉碎,加葡萄糖酸改性时添加丙三醇作为助分散剂且搅拌速度在200r·min-1左右。取消粉碎环节、加入助分散剂、采用较低的搅拌转速能够防止纳米带的折断。表征分析表明:葡萄糖酸蒙脱石纳米带仍属于层状结构,其长度为25~70μm,宽度为1~2μm,厚度小于100nm,葡萄糖酸为纳米带的表面修饰剂。应用实验结果表明:长蒙脱石纳米带对PVA薄膜的改性效果要优于短蒙脱石纳米带;当其添加量为1.5%时,复合薄膜的力学性能最好,既能增加复合薄膜的抗拉强度,又能增加复合薄膜的断裂伸长率。蒙脱石纳米带的加入能够使得羧甲基纤维素钠溶液黏度提高,其中长蒙脱石纳米带的加入使得溶液黏度最高提高了26.7%,短蒙脱石纳米带的加入使得溶液黏度最高提高了11.40%。蒙脱石纳米带的加入能够提高透明质酸溶液的保湿性,蒙脱石纳米带添加量为15%时,透明质酸溶液的保湿率最高提高了约7%;蒙脱石纳米带的长短对HA溶液保湿率影响较小。
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