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水滑石是一类阴离子型层状材料,主体层板和客体阴离子通过静电作用、氢键、范德华力等结合而成,自身具备层板结构和层间距的可调性、层间阴离子种类的多样性和可交换性等特点,这类材料具有极大的结构设计空间,可以使其功能组合性能被极大强化。目前制备的各类LDHs基无机-有机复合材料已在催化、吸附、医药、农药、功能助剂、军工材料、电化学等领域显示出极为广阔的应用前景。
本文依据插层组装化学理论,采用共沉淀-双滴法,通过单因素和正交试验分别制备了三元Mg/Cu/Al-NO3-LDHs和四元Mg/Cu/Zn/Al-NO3-LDHs水滑石前躯体。三元前体最佳制备条件为镁铜铝摩尔比3:1:1,反应温度85℃,pH9.0,反应时间4h;四元前体的最佳制备条件为镁铜锌铝摩尔比2:0.5:0.5:1,反应温度80℃,pH9.5,反应时间4h。
以Mg/Cu/Al-NO3-LDHs为主体,间氨基苯甲酸(m-ABA)为客体,首先通过共沉淀法制备Mg/Cu/Al-ABA-LDHs,经XRD、FT-IR等表征,确认客体进入水滑石层间;然后通过原位聚合法-热聚合和引发剂引发聚合制备出Mg/Cu/Al-PABA-LDHs,推测了层间聚合机理,表明水滑石可以作为聚合物粒子的“微反应器”。
以Mg/Cu/Al-NO3-LDHs为主体,对甲基苯磺酸(P-TSA)和对氨基苯磺酸(P-SAA)为客体,采用共沉淀法制备了Mg/Cu/Al-TSA-LDHs、Mg/Cu/Al-SAA-LDHs,通过XRD、FT-IR、UV、TG/DTA等分析,表明客体成功引入层间。并将NO3-LDHs、TSA-LDHs和SAA-LDHs作为热稳定剂加入PVC膜中,结果表明,LDHs及插层LDHs均可提高PVC材料的热稳定性,且插层LDHs效果更好。
以Mg/Cu/Zn/Al-NO3-LDHs为主体,磺基水杨酸(SSA)和水杨酸(SA)为客体,采用共沉淀法分别制备了Mg/Cu/Zn/Al-SSA-LDHs、Mg/Cu/Zn/Al-SA-LDHs,结构分析表明SSA和SA进入水滑石层间,插层量分别为18.6%和19.5%,客体进入层问热稳定性有一定程度的提高,插层LDHs的平均粒径小于10μm,EDS测试表明插层后层板元素组成比接近理论比值,旁证了客体的引入并未破坏层板结构;通过对插层LDHs复合材料粉体的UV-DRS检测,表明有机柱撑水滑石复合材料具有良好的紫外阻隔性能,有望成为一类新型防紫外剂。