插层剂:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 带有双烷基链的插层剂(CMIA和SCMI)的插层效果要远远优 于单条烷基分子链的插层剂(CTAB),层间距相比增大了 2.65~3.67 nm。
插层剂分子的柔顺性越好,其进入层间越容易,而分子链中带 有的苄基,对不同MMT层间距的影响表现出较大的差异性。 带有双烷基链的插层剂的插层效果要远远优于单条烷基分子 链的插层剂
从图2中可以看出,与图1相比,MMT-I经过不同插层改性后,衍射峰的 角度均向小角方向移动,即MMT的层间距均有不同程度的增加。
取10 g MMT和200 g去离子水混合,搅拌30 min,再加入一定 量的插层剂,于80℃条件下恒温搅拌10 h,之后抽滤,用去离子 水反复洗涤至无Br-或Cl-(用Ag+检验),将洗净的MMT在 110℃条件下干燥24 h,研磨过300目筛,
自然片径主要在1一5μm左右 为片状集合体，成书册 状、鳞片状堆垛在一起。
粘土
由于聚合物/粘土纳米复合材料具有常规聚合物/无机填料复合材 料无法比拟的优点(如优异的力学、热学性能和气体阻透性能等), 因而自从日本丰田公司首次报道尼龙6/粘土纳米复合材料以来, 聚合物基粘土纳米复合材料受到了各国学者的广泛关注。目前 研究较多并具有实际应用前景的2∶1型层状硅酸盐粘土矿物,如 钠蒙脱土、锂蒙脱土和海泡石等,可用于制备高聚物/层状硅酸盐 纳米复合材料。它的基本结构单元是由1片铝氧八面体夹在2片 硅氧四面体之间,靠共用氧原子而形成的层状结构。这种四面体 和八面体的紧密堆积结构使其晶格排列高度有序,具有很高的刚 性,层间不易滑移。
2.1 蒙脱土的改性原理
通过长链季铵盐表面活性剂与蒙脱石晶片层间可交换阳 离子间的离子交换反应,使表面活性剂离子进入蒙脱石晶 片层间,从而制得有机化的蒙脱石。由于表面活性剂的长 链覆盖在蒙脱石晶片表面,使之形成疏水表面,同时由于 进入晶片层间表面活性剂离子的体积效应,增大了晶片层 间距。有机蒙脱石的此特性不仅使其在化妆品、油漆、 油墨、涂料,石油钻井的油包水泥浆等众多领域获得应用, 而且可通过插层技术使得高聚物插入撑大的蒙脱石晶片 层间,使其剥离并分散到高聚物体相中。由于蒙脱石晶片 的C轴长度仅0· nm,晶片在高聚物体相中的均匀分散 96 形成了高聚物/层状硅酸盐纳米复合新材料。
高岭土
近年来，非金属材料的开发应用已扩展渗透 到国民经济的各个领域，发展十分迅速，其 产值快速增长，已超过金属材料，在经济发 展中占有越来越重要的地位。
高岭土作为一种重要的非金属矿产，因 具有良好的可塑性、高白度、易分散、 高粘结性和优良的电绝缘性等，广泛应 用于陶瓷、电子、造纸、橡胶、塑料、 搪瓷、石油化工、涂料和油墨等行业。
2 蒙脱土的改性
当利用有机化的蒙脱石来制备高聚物/层状 硅酸盐纳米复合材料时,有机改性蒙脱石的 作用在于使其晶片层间的亲水环境改变为 疏水环境以及增大晶片层间距离。
有理化蒙脱石的合适晶片层间距和良好的 疏水表面是制备这类有机/无机纳米复合材 料的关键。
蒙脱土的结构
蒙脱石(MMT)具有较大的层间可交换电荷,是制备 PLSN时使用较多的层状硅酸盐。蒙脱土为2∶1型 层状含水硅酸盐矿物,其每个晶胞由2个硅氧四面体 和1个铝氧八面体构成。由于MMT层间表现负电性, 为了达到电荷平衡,其层间吸附。由于四面体中心的 四价阳离子和八面体中心的三价阳离子Si4+和Al3+ 易被低价的阳离子取代,表面带负电,因而层间具有 良好的离子交换性能和吸附性能,易将一些带正电的 阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等水合阳离子和 极性分子(如H2O等)吸附在层间。将有机物引入层 间制得的有机蒙脱土层间距增大,使膨胀性能好,同 时改善了无机物的界面极性和化学微环境,使单体能 更有效地插入其层间。
也可不直接用长碳链季铵盐,而采用长碳链脂 肪胺。脂肪胺先与盐酸作用产生盐酸盐并离 解成胺的阳离子,接着与蒙脱土层间的水合 Na+进行离子交换。经上述两步反应后有机 胺阳离子进入蒙脱土晶层空间,使片层表面得 到改性,晶层间距增加。脂肪胺链长不同,与蒙 脱土的阳离子交换量也不同。经脂肪胺处理 后蒙脱土层间距都有不同程度的增加,碳链长 度不同得到的改性土的片层间距和层间阳离 子取向均不同。
蒙脱土在高分子材料中的应用
1 前 言 蒙脱土(MMT)是一种层状结构的硅酸盐,在工业中应用极广,如 在造纸工业作填料和涂层剂,有毒物质的吸附剂、涂料触变剂 等。蒙脱土由于其独特的结构优势,来源容易,价格低而受到大 家的青睐和重视,并在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备 与研究中表现出一定的重要性。蒙脱土与聚合物在纳米尺度 的复合使聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLSN)以其良好的 热稳定性、耐老化性、阻燃性、阻隔性等特点,并且复合材料 具有较好的尺寸稳定性和透明性。已成为当今聚合物基复合 材料研究的热点。 由于蒙脱土表面的亲水性,不利于其在有机相中分散以及被有 机相润湿,为克服此性状,必须使蒙脱土表面呈疏水性。有机改 性剂的选择是蒙脱土有机化过程的关键。
制备其它新材料
以高岭石为原料，还可以制备莫来石复合纳米晶 123一l、聚癸二酞癸二胺(ＰＡ1010)/高岭土杂化 材料、高岭石一MBT复合材料、高岭土一丙烯酰 胺系超吸水性复合材料[27l、超高分子量聚乙烯/ 高岭土复合材料、高岭土一聚丙烯酸钠高吸水性 复合树脂129]、HDPE/高岭土复合 新材料的制备拓宽了高岭土的用途，也增加了产 品的高科技含量，提高产品档次，能取得更好的 经济效益。
2930~2850cm-1出现H-C-H的对称伸缩振动峰和非对称伸缩振动峰,这表明改性剂的 有机链确实进入到蒙脱土的硅酸盐片层间;其次在1333 cm-1以下的指纹区(1030cm-1 附近为Si-O-Si骨架振动峰,600~400cm-1为硅氧四面体和铝氧八面体的内部振 动),
2.3
分散性实验
高岭石晶体结构特征
高岭石
A4l[si4010]o(H)8· 2一4H2O。电子显微镜下高岭石呈假六方片状 高岭石理论化学组成为A120:39.0%，si4O2 46.4%，H2013.6%。 它含有吸附水、层间水和结晶水。表面有许多活性基团，如Si一 O。、Al一O。、Al-OH等，其化学成分一般比较简单，只有少量 Mg、Fe等代替八面体中的Al，Al、Fe代替si数量很少。高岭石因 晶格边缘存在断键，可引起少量的阳离子交换。
2· 2.1
有机季铵盐
1 长碳链烷基季铵盐
十八或十六烷基三甲基氯化铵或溴化铵
有机阳离子如烷基铵离子能通过离子交换反 应进入蒙脱土片层,片层表面被有机离子上的 烷基长碳链覆盖从而使其表面由亲水性变为 亲油性,增加了有机蒙脱土与高分子的亲和性。 同时较长的烷基分子链在片层间以一定方式 排列,可使层间距增加,有利于聚合物单体或大 分子插层到片层中。
(3)高岭石的物化性能 高岭石为白色，因含杂质可染成其他不同颜色。高岭石在电镜下 呈假六方板状、半自形鳞片状或它形片状晶体，集合体常为片状、 蠕虫状、鳞片状、书册状及放射状等，粒度一般为.02~5pm。高 岭石粘土具有可塑性、烧结性、较高的耐火度、电绝缘性、化学 稳定性以及能与有机质作用等性质，因而广泛应用于 陶瓷、建筑材料、造纸、橡胶、塑料、涂料、石油化工、环境保 护、冶金工业、新材料等行业。
另外，高岭土还具有抗酸溶性、低的阳离子交换性和较高的 耐火度等理化性能，在光学玻璃、玻璃纤维、化纤、砂轮、 建筑材料、化肥、农药杀虫剂载体及耐火材料等行业得到应 用。近年来，高岭土在新材料中的应用也得到深入研究，如 用于制备高岭石有机插层纳米材料、地聚物材料、层柱分子 筛等。整体来看，对高岭土的加工与应用研究，尤其在新材 料方面的应用研究水平与国外相比存在着较大差距，这与我 国的高岭土产出大国地位极不相称。其中，高岭石有机插层 纳米材料的研究在我国始于1992年，只有短短十几年的时间， 而较多的研究则集中于2000年以后。高岭石插层纳米材料的 制备及其应用研究是提高高岭土产品档次的重要途径，可以 大幅度提高产品的附加值。因此，对高岭土插层复合材料的 研究工作有着十分重要的现实意义和理论意义。
高岭土制备地聚物材料
地聚物材料(geopolymericmaetrials)是以偏高岭土、碱激 发剂为主要原料，在20一120℃的低温条件下成形硬化， 通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。 地聚物是由无机的硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成沸石 及类沸石相，其产物以离子键和共价键为主。地聚物兼有 有机高聚物、陶瓷、水泥的特点，又不同于这些材料，它 具有许多独特的材料性能，而且具有原材料丰富、 工艺简单、价格低廉、节约能源等优点，可用作固封有毒 化学废料和放射性元素的有效胶凝材料、建筑结构材料、 阻燃耐高温建筑装饰材料、耐火保温材料等。
高岭石晶体结构特征

高岭土有机插层材料 高岭石层间作用力较强，不含可交换性阳离子，无膨胀性，与 其它层状粘土矿物相比，较难与有机化合物发生插层反应。仅 有一些强极性有机小分子，如二甲基亚矾(DMSO)、甲酰胺 (FA)、N一甲基甲酰胺（NMF)、脲Uera)、联氨Ｈydrazine)等 可以直接插入到高岭石层间。而其它有机分子则可以采用“置 换插层法”，即置换预插层在高岭石层间的上述有机小分子而 制备相应的有机插层复合物。大量研究表明，高岭土经过置换 插层制备的高岭石一甲醇有机复合物，可以作为进一步置换插 层的前驱体，具有广泛的通用性。由此可以制备出多种有机插 层复合物。高岭土多次插层一去插层(脱嵌)后，具有较高的反 应活性，能够轻易地插入二价碱土金属和过渡金属等，用这种 方法有望制备出高活性的催化剂。
2.3 改性土的分析方法
采用Nicolet AVTAR 360FT-IR型红外光谱 仪分析插层有机土的结构(KBr压片);采用岛 津-XRD6000对插层有机土进行X射线衍射 分析,CuKα辐射,管电压40kV,管电流30mA, 连续记谱扫描(扫描速度6°/min,扫描范围 2~40°)
蒙脱土改性前后的X-射线衍射图及分析数据如图1所示。由图1可 见:蒙脱土(001)晶面衍射峰对应的层间距为1.04nm,经一次改性剂 处理后的Ni-MMT和CPC-MMT强衍射峰对应的层间距分别1.44nm 和2.10nm,这说明无机离子Ni 2+和十六烷基氯化吡啶(CPC)已顺利 插入蒙脱土片层之间