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本文采用共沉淀法合成了镁铝水滑石及锌铝类水滑石,用十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及硬脂酸钠(St)分别对锌铝类水滑石进行插层改性和表面有机改性,并用反相气相色谱法表征了镁铝水滑石与锌铝类水滑石的表面性质,讨论了插层改性和表面有机改性对锌铝类水滑石表面性质的影响。此外还进一步推测了材料的层状结构及探针分子的吸附机理。
同时,本文用共沉淀、离子交换及焙烧复原的方法将中药姜黄素(Cur)插入镁铝水滑石层间,制备了一种新型的有机-无机复合材料,并研究了该材料的组成、超分子结构及在模拟胃液和肠液中的缓释性能及机理。
研究结果表明:
1.基于水滑石的特殊结构及其物理化学性质,在一定条件下有机分子容易进入水滑石的层状结构,很大程度上削弱了外界环境(温度、压强等)对有机分子的影响,我们称之为“笼内”效应,水滑石的结构称为“笼状”结构。与混合氧化物相比,水滑石的吸附自由能增量△GCH2,表面能色散组分γsd值受温度影响很小,甚至不变,由此推测出探针分子在水滑石上的吸附机理是,被吸附在表面上的探针分子可以进入水滑石的“笼状”结构,然后再脱附出来的过程,但热处理会减弱“笼内”效应。此外,还定量表征了水滑石表面的酸碱性,发现:水滑石均为两性偏碱,热处理使锌铝类水滑石表面的碱性增强,酸性有所减弱。
2.根据有机化改性对类水滑石表面性质的影响,我们将其分为插层改性和表面有机改性。插层改性是通过改性剂与水滑石发生阴离子交换反应,增大层间距来改变水滑石的表面性能;若改性剂仅是化学吸附到水滑石的表面,为表面有机化改性。用SDS,SDBS对ZnAl-HTlc进行插层改性后,其γsd值明显减小,与探针分子间的相互作用力显著增强,较好地改善了其颗粒的分散性及与有机物间的亲和力;其中SDBS改性ZnAl-HTlc的效果明显好于SDS改性,这可能是由于SDBS中苯磺酸基团的空间位阻效应可以有效的阻止粒子间的团聚,促进分散。此外,硬脂酸钠(St)会化学吸附到ZnAl-HTlc表面,实现了锌铝类水滑石的表面有机改性。发现经硬脂酸钠表面有机改性后,锌铝类水滑石的γsd值明显降低,样品St-15%的γsd值最小,为3.64 mJ·m-2;所有样品γsd值都随温度升高呈降低趋势。此外还研究了表面有机改性对锌铝类水滑石表面酸碱性的影响,发现未处理的锌铝类水滑石表面呈两性偏碱。但随着硬脂酸钠用量的增加,其表面酸性逐渐增强,而碱性减弱。
3.药物插层是水滑石插层改性在生物医药上的拓展应用。依据插层机理,将Cur成功插入MgAl-NO3层间,且合成的Cur-LDHs结晶度良好,晶相单一;Cur-LDHs的层间距为0.82~1.36 nm,并与Cur三维尺寸进行比较,推测客体Cur呈平行或者单层、沿其短轴方向垂直排列于层间,与主体层板通过氢键与静电作用形成超分子结构,并建立了超分子结构模型。Cur-LDHs具有较好的缓释性能,其缓释历程是层间客体Cur阴离子与释放介质中PO43-的离子交换过程。