新方法改性蒙脫石及其高分子納米復(fù)合材料的制備.pdf

1、蒙脫石(MMT)屬于一種層狀硅鋁酸鹽礦物，由于每層晶片厚約1納米，是天然的納米結(jié)構(gòu)材料。隨著國內(nèi)外納米材料的迅猛發(fā)展，蒙脫石/聚合物納米復(fù)合材料的研究和應(yīng)用已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前國內(nèi)外廣泛采用有機(jī)胺陽離子交換插層的方法制備有機(jī)蒙脫石，用于生產(chǎn)蒙脫石/高分子納米復(fù)合材料。大部分國產(chǎn)的膨潤土達(dá)不到這種方法要求的指標(biāo)，因而限制了其在高分子復(fù)合材料方面的應(yīng)用。研究新的蒙脫石改性及蒙脫石/聚合物納米復(fù)合材料制備方法，不僅具有理論研究意義，

2、也具有重要的實(shí)用價(jià)值。
　　 本論文以國產(chǎn)的天然膨潤土為原料，制備出高質(zhì)量的鈉基蒙脫石懸浮液；然后分別采用自行開發(fā)的單體配位插層法和陰離子表面活性劑沉淀吸附法進(jìn)行蒙脫石改性，并進(jìn)一步制備出蒙脫石/聚合物納米復(fù)合物，為蒙脫石納米復(fù)合材料的發(fā)展提供了一條新的途徑。
　　 本文系統(tǒng)地研究了采用鈉型陽離子交換樹脂為鈉化劑，微波加熱和水浴加熱制備鈉基蒙脫石的過程，通過正交試驗(yàn)確定了適宜的鈉化條件。利用微波加熱，制備的鈉基蒙脫石的收

3、率接近80％，陽離子交換容量CEC達(dá)到1.279mmol/g，純度達(dá)到了95.71％。陽離子交換樹脂可再生重復(fù)使用達(dá)20次以上。通過XRD和SEM對(duì)鈉基蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征進(jìn)行了表征，并首次利用電子能譜測定了遼寧朝陽鈉基蒙脫石的化學(xué)組成，并計(jì)算出半晶胞電荷密度ζ=0.44，確定其屬型為過渡型，得到該蒙脫石晶體的化學(xué)式為(Na,Ca,K)0.87(Al,Mg，F(xiàn)e，Mn)3.86Si8.05O20(OH)4·nH2O。
　　

4、 通過配位插層法將尿素分子引入自制的鎳基蒙脫石片層間成為配位蒙脫石，再加入甲醛進(jìn)行縮聚，制備了蒙脫石/脲醛樹脂復(fù)合物膠液，確定了適宜的反應(yīng)條件，并對(duì)其粘接性能進(jìn)行了研究。XRD分析結(jié)果表明產(chǎn)物為剝離型蒙脫石/脲醛樹脂納米復(fù)合物。與純脲醛樹脂相比，蒙脫石/脲醛樹脂納米復(fù)合物膠液粘度增加了2.24倍，貯存期增長30天左右，復(fù)合物的初期殘留甲醛含量也有所降低，粘接剪切強(qiáng)度提高了50％以上。
　　 通過苯酚與蒙脫石層間鎳離子的配位作用，

5、原位聚合制備蒙脫石/酚醛樹脂納米復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)得出了適宜反應(yīng)條件。XRD分析結(jié)果表明復(fù)合物中蒙脫石的片層已被酚醛樹脂撐開，當(dāng)鎳基土含量為2％時(shí)，層間距d(001)達(dá)到2.075nm。與純酚醛樹脂相比，蒙脫石/酚醛樹脂納米復(fù)合物的軟化點(diǎn)變化不明顯；粘接剪切強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性均有提高。
　　 采用陰離子表面活性劑沉淀吸附法，分別以十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和十二烷基硫酸鈉(SDS)作為改性劑，加入到鈉基蒙脫石的懸浮液中，然后利用二價(jià)金

6、屬離子溶液作沉淀劑，使之在蒙脫石片層表面形成沉淀吸附，從而對(duì)蒙脫石的片層進(jìn)行表面改性，并通過熔融共混制備有機(jī)蒙脫石/聚丙烯納米復(fù)合材料。XRD分析結(jié)果表明SDBS修飾的有機(jī)蒙脫石001峰基本消失，說明蒙脫石片層已經(jīng)無規(guī)則分散，為完全剝離的有機(jī)蒙脫石。SDS修飾的有機(jī)蒙脫石d(001)撐開到3.085nm，為插層型的有機(jī)蒙脫石。SDBS改性的有機(jī)蒙脫石與PP共混制備的復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)確定有機(jī)蒙脫石的加入量為4％時(shí)力學(xué)性能最佳。SDBS和SD

7、S改性的有機(jī)蒙脫石與PP共混制備的復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度分別提高了15.30％和17.70％。
　　 利用油酸鈉和硬脂酸鈉為改性劑，配合適當(dāng)?shù)倪^渡金屬離子沉淀劑，通過沉淀吸附分別制備了油酸鹽改性蒙脫石(O-MMT)和硬脂酸鹽改性蒙脫石(S-MMT)。實(shí)驗(yàn)考察了改性劑和沉淀劑的影響，通過XRD、IR、SEM及TG等對(duì)改性蒙脫石的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明制得的是插入型改性蒙脫石。通過與苯乙烯進(jìn)行原位本體聚合制備出蒙脫石/聚苯乙烯(M