新型二氧化钛聚酰亚胺复合材料制备及其性能研究(附件)【字数：10001】
聚酰亚胺是一种功能性材料，由于具有良好的耐热性和力学性能，它被广泛应用于微电子和航空领域。近年来随着纳米技术的发展和复合材料的广泛应用，人们越来越关注利用无机组分而改性的PI以期制造出集无机、有机及纳米粒子优点于一身的新型复合材料。纳米TiO2具有较强的吸收紫外线和较高的光催化活性，已经被深入研究并实践证实在水处理方面和光催化领域具有广泛的应用前景。但粉末的TiO2催化剂易凝聚，稳定性差，所以人们将研究的重点转向固态的TiO2催化剂，使其回收再利用更加有效方便，也能使组分活性和载体的功能充分发挥。本文先使用强碱水解聚酰亚胺，在聚酰亚胺纤维表面获得聚酰胺酸盐。然后通过化学反应获得TiO2粒子，再利用液相沉积法在室温下使二氧化钛负载在聚酰亚胺表面，干燥便可得到新型二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。随后使用了UV-Vis、XRD、SEM、TGA、FT-IR等测试方法表征样品，并对负载TiO2的聚酰亚胺纤维的光催化性能进行了研究和讨论。关键词光催化；纳米二氧化钛；聚酰亚胺；液相沉积法
目录
第一章 绪论 1
1.1聚酰亚胺PI 1
1.1.1聚酰亚胺PI的概述 1
1.1.3聚酰亚胺（PI）的发展和性能 2
(1) 聚酰亚胺的发展 2
（2）聚酰亚胺的性能 3
1.1.4聚酰亚胺的应用 3
1.2 聚酰亚胺/无机纳米复合材料 4
1.2.1 PI/SiO2纳米复合材料 4
1.2.2 PI/TiO2纳米复合材料 5
1.2.3 PI/Al2O3纳米复合材料 5
1.3 TiO2催化剂的性质及催化作用机理 6
1.3.1 TiO2催化剂的性质 6
1.3.2 TiO2催化剂的催化机理 6
1.3.3 影响TiO2光催化氧化的因素 8
1.3.4 TiO2催化剂的制备方式 8
1.4负载纳米二氧化钛聚合物复合材料的制备 10
1.5 本文研究的内容与意义 11
第二章 实验部分 12
2.1实验原理 12
2.2实验装置 12
2.3实验药品 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2.4实验步骤 13
2.4.1二氧化钛/聚酰亚胺复合纤维的制备 13
2.5测试与表征 14
第三章 结果与讨论 16
3.1负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的XRD分析 16
3.2负载氧化锌的聚酰亚胺复合纤维的红外光谱分析 16
3.3负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的热失重分析 17
3.4负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的SEM测试结果与分析 18
3.5负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的光催化表征 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
聚酰亚胺(PI)是指主链上含有亚胺环的一类聚合物[1]。它拥有很多优异的性能，在使得它成为各个工业领域争先研发和使用的功能性材料[2]。然而随着电子产业的不断发展，PI材料自身存在的一些缺点也限制了此其更广泛的应用[3]。半导体TiO2不仅具有廉价、无毒、化学性质稳定等特性，而且还具有催化活性高、抗磨损和可以循环利用利用等特点，这使它成为环境处理中最理想的光催化剂[4]。纳米TiO2粉末催化效果良好，但难以回收，反应繁琐从而增加了成本[5]。纳米TiO2不仅拥有比表面大、体积、等大多纳米材料普遍拥有的特性，还具有一些独特的性能。例如：高效催化[6]、生物标记、化学传感器[7]等。将催化剂固定与载体之上，制备成负载型光催化反应器成为主要的研究方向[8]。利用填料对PI基体改性得到的新型复合材料无论在市场需求还是科学研发上都有很大的进步空间。因而使用负载二氧化钛的聚酰亚胺作为光催化材料在处理污水等方面有着非常广泛的应用前景[9]。
1.1聚酰亚胺PI
1.1.1聚酰亚胺PI的概述
聚酰亚胺材料一般呈淡黄色或棕黄色，主要由二胺和二酐通过缩聚反应聚合而成[10]。其分子内具有十分稳定的芳杂环结构单元，因而它具有良好的热稳定性和耐热性能，无明显熔点，既耐温又耐寒，也有很高的气体渗透性，属于F至H级绝缘材料。不论是作为功能性材料还是结构性材料，它都有着巨大的应用前景，是21世纪最有希望的耐热工程塑料之一。
1.1.2聚酰亚胺的结构特点
聚酰亚胺分子内一般都含有酰亚胺环如图11所示，其中以含酞酰亚胺环的最为重要。分子中芳杂环产生共轭效应，键能和分子间作用力都的到大大的提高。
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图11
聚酰亚胺可分为热塑性聚酰亚胺热固性聚酰亚胺[11]：
/
图12热塑性聚酰亚胺典型化学结构
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图13热固性聚酰亚胺典型化学结构
1.1.3聚酰亚胺（PI）的发展和性能
(1) 聚酰亚胺的发展
聚酰亚胺在20世纪初就有过报道，只不过人们对它的认识程度不够深，所以对它的研究也就没有像其他高性能材料那么的深入。随着高分子材料的不断发展与壮大，各种各样的由聚酰亚胺改性而获得的高性能材料相继面世，让人们对这一材料有了进一步的认识，接着美国的杜邦公司先后制得了聚酰亚胺薄膜和聚酰胺亚胺电器绝缘漆，20世纪60年代末人们首次研发出了双马来酰亚胺聚合体，这一研发，使人们对聚酰亚胺的在未来的应用充满了憧憬。随后几十年聚酰亚胺的发展就以火箭般飞速发展。到目前为止，聚酰亚胺已有20多个大品种，申请专利多达54件，登载报道不计其数。另外，在美国化学文摘的主题汇单独例题的六种材料中，聚酰亚胺占一席之地，足以说明它在技术和商业上的价值与地位。
（2）聚酰亚胺的性能
聚酰亚胺分子内具有刚性较大的芳杂环，因此它具有良好的高耐热性能和机械性能以及电性能[12],是一种性能优良的特种工程塑料：
1 耐热性：聚酰亚胺由于分子内含有芳杂环结构单元，其耐热性能良好，通过热重分析聚酰亚胺的分解温度一般都在500℃左右，是目前为止耐热性、热稳定性最好的的高分子材料之一。聚酰亚胺不光耐热可在－269℃的液态氦极低温中保持良好的性能而不脆裂。
目录
第一章 绪论 1
1.1聚酰亚胺PI 1
1.1.1聚酰亚胺PI的概述 1
1.1.3聚酰亚胺（PI）的发展和性能 2
(1) 聚酰亚胺的发展 2
（2）聚酰亚胺的性能 3
1.1.4聚酰亚胺的应用 3
1.2 聚酰亚胺/无机纳米复合材料 4
1.2.1 PI/SiO2纳米复合材料 4
1.2.2 PI/TiO2纳米复合材料 5
1.2.3 PI/Al2O3纳米复合材料 5
1.3 TiO2催化剂的性质及催化作用机理 6
1.3.1 TiO2催化剂的性质 6
1.3.2 TiO2催化剂的催化机理 6
1.3.3 影响TiO2光催化氧化的因素 8
1.3.4 TiO2催化剂的制备方式 8
1.4负载纳米二氧化钛聚合物复合材料的制备 10
1.5 本文研究的内容与意义 11
第二章 实验部分 12
2.1实验原理 12
2.2实验装置 12
2.3实验药品 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2.4实验步骤 13
2.4.1二氧化钛/聚酰亚胺复合纤维的制备 13
2.5测试与表征 14
第三章 结果与讨论 16
3.1负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的XRD分析 16
3.2负载氧化锌的聚酰亚胺复合纤维的红外光谱分析 16
3.3负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的热失重分析 17
3.4负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的SEM测试结果与分析 18
3.5负载二氧化钛聚酰亚胺纤维的光催化表征 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
聚酰亚胺(PI)是指主链上含有亚胺环的一类聚合物[1]。它拥有很多优异的性能，在使得它成为各个工业领域争先研发和使用的功能性材料[2]。然而随着电子产业的不断发展，PI材料自身存在的一些缺点也限制了此其更广泛的应用[3]。半导体TiO2不仅具有廉价、无毒、化学性质稳定等特性，而且还具有催化活性高、抗磨损和可以循环利用利用等特点，这使它成为环境处理中最理想的光催化剂[4]。纳米TiO2粉末催化效果良好，但难以回收，反应繁琐从而增加了成本[5]。纳米TiO2不仅拥有比表面大、体积、等大多纳米材料普遍拥有的特性，还具有一些独特的性能。例如：高效催化[6]、生物标记、化学传感器[7]等。将催化剂固定与载体之上，制备成负载型光催化反应器成为主要的研究方向[8]。利用填料对PI基体改性得到的新型复合材料无论在市场需求还是科学研发上都有很大的进步空间。因而使用负载二氧化钛的聚酰亚胺作为光催化材料在处理污水等方面有着非常广泛的应用前景[9]。
1.1聚酰亚胺PI
1.1.1聚酰亚胺PI的概述
聚酰亚胺材料一般呈淡黄色或棕黄色，主要由二胺和二酐通过缩聚反应聚合而成[10]。其分子内具有十分稳定的芳杂环结构单元，因而它具有良好的热稳定性和耐热性能，无明显熔点，既耐温又耐寒，也有很高的气体渗透性，属于F至H级绝缘材料。不论是作为功能性材料还是结构性材料，它都有着巨大的应用前景，是21世纪最有希望的耐热工程塑料之一。
1.1.2聚酰亚胺的结构特点
聚酰亚胺分子内一般都含有酰亚胺环如图11所示，其中以含酞酰亚胺环的最为重要。分子中芳杂环产生共轭效应，键能和分子间作用力都的到大大的提高。
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图11
聚酰亚胺可分为热塑性聚酰亚胺热固性聚酰亚胺[11]：
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图12热塑性聚酰亚胺典型化学结构
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图13热固性聚酰亚胺典型化学结构
1.1.3聚酰亚胺（PI）的发展和性能
(1) 聚酰亚胺的发展
聚酰亚胺在20世纪初就有过报道，只不过人们对它的认识程度不够深，所以对它的研究也就没有像其他高性能材料那么的深入。随着高分子材料的不断发展与壮大，各种各样的由聚酰亚胺改性而获得的高性能材料相继面世，让人们对这一材料有了进一步的认识，接着美国的杜邦公司先后制得了聚酰亚胺薄膜和聚酰胺亚胺电器绝缘漆，20世纪60年代末人们首次研发出了双马来酰亚胺聚合体，这一研发，使人们对聚酰亚胺的在未来的应用充满了憧憬。随后几十年聚酰亚胺的发展就以火箭般飞速发展。到目前为止，聚酰亚胺已有20多个大品种，申请专利多达54件，登载报道不计其数。另外，在美国化学文摘的主题汇单独例题的六种材料中，聚酰亚胺占一席之地，足以说明它在技术和商业上的价值与地位。
（2）聚酰亚胺的性能
聚酰亚胺分子内具有刚性较大的芳杂环，因此它具有良好的高耐热性能和机械性能以及电性能[12],是一种性能优良的特种工程塑料：
1 耐热性：聚酰亚胺由于分子内含有芳杂环结构单元，其耐热性能良好，通过热重分析聚酰亚胺的分解温度一般都在500℃左右，是目前为止耐热性、热稳定性最好的的高分子材料之一。聚酰亚胺不光耐热可在－269℃的液态氦极低温中保持良好的性能而不脆裂。
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