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(yáng)光中過(guò)量的紫外輻射對(duì)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(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。水滑石(LDHs)作為一類(lèi)無(wú)機(jī)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(lái)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(jìn)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(duì)紫外光的阻隔機(jī)理及構(gòu)效關(guān)系，從而為開(kāi)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(jìn)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(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。
　　本論文針對(duì)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(guò)程中存在的問(wèn)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(jī)理，對(duì)LDHs層狀材料的超分子結(jié)構(gòu)、能級(jí)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(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)合高分子材料的老化機(jī)理和LDHs材料的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)LDHs的層板結(jié)構(gòu)和層間客體進(jìn)

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(jìn)一步將其添加到瀝青和聚丙烯(PP)中進(jìn)行紫外加速老化實(shí)驗(yàn)，考察了其對(duì)高分子材料的抗紫外老化效果，為其實(shí)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(jī)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(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)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(shí)

4、驗(yàn)表征和理論計(jì)算兩方面探索了層板組成對(duì)LDHs紫外吸收性能的影響機(jī)理，并研究了LDHs的尺寸效應(yīng)對(duì)其紫外屏蔽性能的影響。將LDHs材料添加到瀝青中進(jìn)行紫外加速老化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步考察了LDHs材料在耐紫外老化瀝青中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為L(zhǎng)DHs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(duì)其紫外阻隔性能的影響機(jī)制研究
　　利用化學(xué)刻蝕法對(duì)LDHs材料層板的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guò)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(guò)氧空位缺陷結(jié)構(gòu)減小了LDHs材料的禁帶寬度，進(jìn)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(guò)程中產(chǎn)生的活性自由基，從根本上抑制其老化過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了LDHs材料對(duì)高分子材料的保護(hù)作用。將制備的改性L(fǎng)DHs材料添加到聚丙烯和瀝青中進(jìn)行紫外加速老化測(cè)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(kuò)大LDHs材料的紫外吸收范圍，增加其紫外吸收強(qiáng)度，可用于對(duì)LDHs材料紫外阻隔性能的進(jìn)一步優(yōu)化。
　　3.無(wú)機(jī)—有機(jī)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(wú)機(jī)—有機(jī)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(guò)程，實(shí)現(xiàn)了主體層板對(duì)紫外線(xiàn)的屏蔽和層間客體的吸收雙重紫外阻隔作用。由于層板對(duì)層間客體的保護(hù)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(duì)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(lái)的4倍）和量子產(chǎn)率（提高為原來(lái)的2倍）都有很大的提高，表明復(fù)合材料對(duì)紫外光具有很高的轉(zhuǎn)化效率。利用密度泛函理論對(duì)主客體復(fù)合材料的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了深入研究，揭示了主客體相互作用對(duì)其紫外吸收性能的影響機(jī)理。該工作對(duì)于設(shè)計(jì)和