層狀鈣矽酸鹽gyrolite及reyerite之矽烷接枝反應｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	葉永城 Young-Cheng Yeh
論文名稱：	層狀鈣矽酸鹽gyrolite及reyerite之矽烷接枝反應 The silylation reaction of two layered calcium silicates: gyrolite and reyerite
指導教授：	王素蘭 Sue-Lein Wang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	80
中文關鍵詞：	層狀鈣矽酸鹽、水熱合成、矽烷化反應
外文關鍵詞：	layered calcium silicates, hydrothermal, silylation
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本研究以水熱合成法製備具2-D結構之鈣矽酸鹽gyrolite(Ca16Si24O60(OH)8．13H2O)及reyerite(KCa14Si24O60(OH)5．3H2O)，再使用矽烷化反應(silylation)針對上述兩種層狀鈣矽酸鹽進行有機修飾(organic modification)的工作，反應所選用的矽烷接枝劑有trimethylchlorosilane, phenyldimethylchlorosilanes, n-decyldimethylchlorosilane and n-octyldimethylchlorosilane。不同於文獻上需先與長碳鏈有機銨鹽(alkylammonium)進行離子交換作為中間產物，本文的矽烷化反應為將層狀矽酸鹽混合酸、矽烷接枝劑(silane grafting reagents)及DMF為溶劑的環境下直接進行矽酸鹽的矽烷接枝反應。反應物及產物利用PXRD、29Si Solid State NMR、TGA及元素分析等進行鑑定分析；藉由29Si Solid State NMR及TGA進行定量分析探討；BET吸附面積多寡則受到矽烷接枝劑在層間排列情形所控制，與接枝率好壞無直接相關。
綜合以上的結果，可以估測出矽烷接枝劑在層間所含的量以及排列情形，而所得產物應用在層狀矽酸鹽／高分子奈米複合材料時，此研究成果將有助於瞭解兩者之間的作用力，進而設計出具有較優良物理性質之新穎的複合材料。

目錄

                                                  頁數
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表目錄                                             D
圖目錄                                             E


第一章緒論
    1-1前言                                        1
    1-2奈米複合材料簡介                            2
         1-3研究動機與目的                         4
    1-4層狀矽酸鹽及其矽烷接枝反應                  5
         1-5矽烷接枝矽酸鹽回顧                     7
         1-6層狀矽酸鹽材料簡介                    11
        1-6-1黏土                                 11
        1-6-2層狀鹼金屬矽酸鹽                     14
        1-6-3 Gyrolite之結構與特性                17
        1-6-4 Reyerite之結構與特性                21
    1-7水熱合成鈣矽酸鹽                           21
第二章實驗部分
2-1實驗分析流程圖                                 26
2-2實驗儀器簡介                                   27
2-3儀器原理及鑑定
    2-3-1粉末X-ray繞射分析(PXRD)                  28
    2-3-2熱重量╱微差熱分析(TGA╱DTA)             29
    2-3-3元素分析(EA)                             31
    2-3-4固態核磁共振分析(Solid State NMR)        32
    2-3-5紅外線光譜儀(Infrared Spectroscopy)      33
    2-3-6 掃瞄式顯微鏡SEM                         35
    2-3-7 比表面積測試儀BET                       37
2-4實驗使用藥品                                   38
2-5層狀鈣矽酸鹽的合成
    2-4-1 Gyrolite的合成與鑑定                    40
    2-4-2 Reyerite的合成與鑑定                    41
2-5實驗進行方法                                   41
2-6以Trimethylchlorosilane(TMSCl)進行接枝反應
    3C1-Gyrolite的合成與鑑定                      42
    3C1-Reyerite的合成與鑑定                      42
2-7 以Phenyldimethylcholorosilane進行接枝反應
    Ph2C1-Gyrolite的合成與鑑定                    43
    Ph2C1-Reyerite的合成與鑑定                    43
2-8以n-Octyldimethylcholorosilane進行接枝反應
    C82C1-Gyrolite的合成與鑑定                    43
2-9以n-Decyldimethylcholorosilane進行接枝反應
    C102C1-Gyrolite的合成與鑑定                   44
第三章實驗結果與討論
3-1層狀鈣矽酸鹽的合成與鑑定                       47
    3-1-1 Gyrolite鑑定                            47
    3-1-2 Reyerite鑑定                            50
3-2 Silylation Product討論
    3-2-Ⅰ 層間距變化                             54
    3-2-Ⅱ 29Si Solid State NMR分析               59
    3-2-Ⅲ Amounts of the silyl groups            65
    3-2-Ⅳ SEM                                    69
    3-2-Ⅴ BET                                    70
第四章 總結與展望                                 75
第五章 參考文獻                                   77
附錄

表目錄

表2-1、RS-30產品資料簡介                          38
表2-2、層狀鈣矽酸鹽的合成條件                     40
表2-3、電子顯微鏡之特性                           46
表3-1、Chemical Shift of Silylated-Gyrolites      60
表3-2、Peak Area Ratio of Silylated-Gyrolites     60
表3-3、Silylated-Gyrolites之M1Q3Q4百分比          62
表3-4、Chemical Shift of Silylated-Reyerites      63
表3-5、Peak Area Ratio of Silylated-Reyerites     63
表3-6、Silylated-Reyerites 之M1Q3Q4百分比         64
表3-7、Composition of Silylated-Gyrolites         65
表3-8、Compounds of Silylated-magadiites          66
表3-9、Compounds of Silylated-Gyrolites           66
表3-10、Composition of Silylated-Reyerites        68
表3-11、Compounds of Silylated-Reyerites          68
表3-12、3C1-Reyerite不同接枝率與BET surface area  71
表3-13、BET surface area of silylated-gyrolites   71
表3-14、BET surface area之比較                    72

圖目錄
圖1-1、矽烷具有1至4端可供水解之位置                6
圖1-2、層狀矽酸鹽與酸反應之示意圖                  7
圖1-3、2：1型的黏土構造圖                         14
圖1-4、Kanemite的結構圖                           15
圖1-5、天然Gyrolite外觀                           18
圖1-6、Gyrolite的結構圖                           19
圖1-7、Gyrolite之T1層                             20
圖1-8、Gyrolite之T2層                             21
圖1-9、Reyerite構造圖                             22
圖1-10、Compounds in the system CaO-SiO2-H2O      24
圖1-11、The approximate conditions of formation of the better established anhydrous and hydrated calcium silicates under hydrothermal conditions                     25
圖2-1、熱重分析其質量與溫度的變化                 45
圖2-2、矽酸鹽基本組成單元之5種可能結構型態        45
圖2-3、Q的型態與化學位移的比照                    45
圖2-4、掃瞄式電子顯微鏡系統設計圖                 46
圖3-1、合成Gyrolite與JCPDF File 42-1452比對圖     48
圖3-2、合成Gyrolite之29Si Solid State NMR光譜圖   49
圖3-3、合成Gyrolite的熱重分析圖                   50
圖3-4、合成Gyrolite之SEM圖                        50
圖3-5、合成Reyerite與JCPDF File 17-0760比對圖     51
圖3-6、合成Reyerite之29Si Solid State NMR光譜圖   52
圖3-7、合成Reyerite之熱重分析圖                   53
圖3-8、合成Reyerite之SEM圖                        53
圖3-9、Silylated-Gyrolite之粉末X光繞射圖譜        54
圖3-10、左圖為3C1-Gyrolite裡之可能排列模式，右圖推測TMS的鍵長                                                55
圖3-11、Ph2C1-Gyrolite的可能層間排列              56
圖3-12、Paraffin Structure示意圖                  56
圖3-13、Silylated-Reyerite之粉末X光繞射圖譜       57
圖3-14、Silylated-Reyerite可能層間排列            58
圖3-15、Si的鍵結環境示意圖                        59
圖3-16、29Si Solid State NMR of Silylated-Gyrolites   60
圖3-17、29Si Solid State NMR of Silylated-Reyerites   63
圖3-18、3C1-Gyrolite之SEM照片                         69
圖3-19、左圖為Ph2C1-Gyrolite之SEM照片；右圖為C82C1-Gyrolite之SEM照片                                             70
圖3-20、為C102C1-Gyrolite之SEM照片                    70
圖3-21、左圖為3C1-Reyerite之層間排列圖；右圖為3C1-Gyrolite之層間排列圖                                            72
圖3-22、Nitrogen adsorption／desorption isotherms of (●, ○) 3C1-Gyrolite and (▲, △) synthetic gyrolite      74
圖3-23、Nitrogen adsorption／desorption isotherms of (●, ○) 3C1-Reyerite and (▲, △) synthetic reyerite      74

                                

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