实验材料化学

1、实验 1 功能无机材料的合成第一部分 以高岭石合成4A分子筛及性能分析1实验目的（1）掌握4A分子筛的制备方法。（2）掌握4A分子筛的基本表征方法。（3）掌握4A分子筛的性能测试方法。（4）了解制备反应条件对分子筛性能的影响。2实验原理分子筛又称沸石，是具有均匀的微孔、其直径与一般分子大小相当的一类吸附剂或薄膜类物质。这类材料具有如下特点：具有均匀的孔径，根据其有效孔径，可用来筛分大小不同的流体分子，这种作用叫做分子筛作用；具有很大的内表面积和孔体积；具有离子交换性（如K+、NH4等交换）；由SiO4和AlO4四面体共享氧原子为基本骨架结构单元，组成短程有序和长程有序的晶体结构。这种结构形成了

2、可为阳离子和水分子所占据的大晶穴，这些阳离子和水分子有较大的移动性，可以进行阳离子交换和可逆的脱水，其化学组成通式为：M2(),M()O·Al2O3·nSiO2·mH2O式中M()，M()分别为一价和二价金属（通常为钠、钾、钙、钡等），n为沸石的硅铝比，一般n等于210，m=09。4A分子筛是A型分子筛的一种。A型分子筛的结构类似于氯化钠的晶体结构，其理想晶胞组成为：Na96(Al96Si96O384)·216H2O，由于A型分子筛中硅与铝的原子比为1，所以经常使用：Na12(Al12Si12O48)·27H2O作为其晶胞组成式。4A分子筛具有

3、独特的吸附性、离子交换性、催化性和良好的化学可修饰性。目前绝大部分用作洗涤剂助剂，它正逐步取代当前普遍使用的三聚磷酸钠，有效减少了对环境的污染。洗涤剂用4A分子筛的的生产方法有两种，一种是化学合成法，该法用水玻璃（硅酸钠）、氢氧化铝和氢氧化钠水热合成。另一种为半合成法，该法用天然粘土或天然沸石转化制取。由于高岭石的Si/Al与4A沸石的Si/Al相同，反应不需要添加铝源和硅源，而且矿物原料来源丰富，所以其在矿物合成4A沸石中，占有重要的地位。一般认为，以高岭石为原料合成分子筛的机理是：偏高岭石在碱溶液中缓慢溶解，形成含有SiO32-、SiOH基团和Al(OH)4-的溶液，逐步缩合为硅铝酸钠凝胶

4、，在进一步晶化为4A分子筛晶粒并通过结构重排而转变成4A分子筛。也有人提出高岭土在NaOH溶液中部分溶解，且迅速转化为偏高岭土，并伴有硅铝酸钠凝胶产生，同时偏高岭土也不断在碱液作用下凝胶化，生成的凝胶再进一步转变成4A分子筛。由上述可见，以天然矿石合成分子筛，反应时矿石先变成无定形硅铝盐。这种盐在水中溶解性不好，所以在晶化时先在其表面形成晶种，再结晶成分子筛。用高岭土类粘土合成4A分子筛，产品成本低，吨成本为1700元，市售价为每吨2500元左右，因此经济效益很显著。3实验仪器和试剂球磨机，300目筛子，马弗炉，机械搅拌器，加热套，铁架台，铁夹，烧杯1000mL，250mL锥形瓶，500mL容

5、量瓶，抽滤瓶，砂心漏斗，烘箱，干燥器。高岭石，氢氧化钠，氯化铵，去离子水，pH试纸，钙指示剂，EDTA。X-射线衍射仪，热分析仪。4实验步骤（1）高岭石的粉碎高岭石粉料的粒度决定着反应速度及反应时间，对合成4A分子筛的粒度分布有重要影响。高岭石粉料粒度对于钙离子交换有很大影响，而与合成出的4A分子筛的粒度呈正相关系。因此首先用球磨机将原料粉碎至300目。（2）原料煅烧煅烧的目的有两个：一是除去有机碳，增加白度，二是使高岭石脱去羟基，增加活性，变成偏高岭石。随着燃烧温度提高，产品白度、反应速度及钙离子交换量均有所增加。适宜的燃烧温度应保证碳质最大程度地燃烧挥发、同时又不至于转变成尖晶石及莫来石相

6、。为降低成本，在保证产品结晶度下，在适当焙烧温度下，应选择最少的焙烧时间，一般在800焙烧1.5h左右。（3）成胶及老化成胶和老化的目的是使反应物在溶液中充分溶解，即成胶达到均一的组成。如果反应相浓度不均匀，晶化时就会出现其他杂晶，而得不到A型分子筛。据前人合成分子筛的研究，影响成胶的主要因素有水钠比、搅拌时间、速率和温度。NaOH用量及浓度对反应速度及产品粒度有很大影响，水钠比越低，碱度越高越有利于成胶。但增加反应混合物的碱度，也增大了设备负荷，降低了设备寿命，但浓度太大，反应速度过快，容易产生联晶，从而使4A分子筛二次粒子（聚集态颗粒）粒度变大，同时产生方钠石杂晶，浓度低则会导致反应时间过

7、长，甚至反应不完全，对产品性能有影响；搅拌速度对于成胶也很关键，但达到一定极限就不再影响，所以搅拌速度可固定为500rpm。原料按Na2O/SiO2：1.52.5；H2O/Na2O4057、NaOH57计量，把焙烧后的高岭土和烧碱加入反应釜。在搅拌下升温至50左右，搅拌100min，使其成胶，然后在30恒温12h使其老化。（4）晶化按水钠比为4560的配比将熟料与水搅拌均匀，在95恒温5h至晶化完成。过滤，反复用去离子水洗涤滤饼，至滤饼的pH10时停止洗涤。然后将滤饼在100烘干12h后即为4A分子筛。（5）分子筛样品表征分子筛样品的物相测定在Bruker D8 Adevance型X射线衍射仪

8、上进行，Cu靶Ka线，管电压40kV，管电流40mA。分子筛的热稳定性由WCT-2A型微机差热天平（北京光学仪器厂）测定。（6）样品性能测试吸附性测试：这里主要是测其吸水性，采用静态吸附法。在一密闭干燥容器中放入饱和氯化铵溶液。然后称取一定质量（M1）的4A分子筛（在200干燥12h）放入干燥器（放入饱和氯化铵溶液中），吸水3d，测其质量为M2。其质量差（M=M2-M1）与分子筛的质量（M1）比值为其吸水量Q（Q%=100×M/M1）。 钙离子交换性测试：用小烧杯取510g分子筛样品，在105110烘箱中烘2h，取出置于恒湿器中（在干燥器中放入饱和氯化铵溶液），充分吸湿24h。然后取

9、0.5g处理好的样品（精确到0.1mg），在800灼烧6h，然后取出放入干燥器中降至室温，准确称重，质量为W0，据前后质量差计算得到吸水量（0.5-W0）/g。吸取0.05mol/LCaCl2溶液50mL于500mL容量瓶中，加水稀释到刻度，并加入3滴（约0.15mL）0.5mol/LNaOH溶液，使pH达到10，然后移至1000mL的三口烧瓶中，装上搅拌器、温度计，放入35恒温水浴中，以大于700rpm的速度搅拌。当达到恒温时。加入准确称量好的0.5g分子筛，反应20min后立即过滤，去掉起始部分溶液，吸取50mL于250mL锥形瓶中，加入2.5mol/LNaOH溶液2mL和少许钙指示剂，用

10、EDTA（0.01mol/L）滴定溶液由酒红色变成蓝色。根据消耗的EDTA量可计算出交换的钙离子量。样品的钙离子交换量（S）为：S=(250-10V)/W0(mgCaCO3/g无水分子筛)。5注意事项严格控制反应条件，如搅拌速度、温度，反应时间及反应物的配比等。6实验结果与讨论1解析产物的X射线衍射谱图及热分析谱图2根据测试数据分析产物的性能指标3讨论反应条件对产物性能的影响。第二部分 钙钛矿型复合金属氧化物纳米晶的合成与表征1 实验目的（1）了解硬脂酸法制备钙钛矿型复合金属氧化物PbTiO3纳米晶的原理与方法。（2）了解钙钛矿型复合金属氧化物的结构与性能。（3）学会用X-ray 粉末衍射仪及

11、TEM对制备产物进行结构表征。（4）用TG研究PbTiO3纳米晶催化高氯酸铵分解的催化性能。2实验原理习惯上，把结构与天然钙钛矿PbTiO3相类似的氧化物称为钙钛矿型复合金属氧化物。其结构如图： 图1-1 理想的钙钛矿结构图1-1中A是稀土或碱土金属原子，B是过渡金属原子，理想的钙钛矿是立方晶体结构，其中A与12个氧原子配位，B一般占据一个八面体结构的中心而与O原子形成BO6八面体。立方结构常发生扭曲，可畸变为四方，斜方，正方或六角对称结构。钙钛矿型复合氧化物因其不同的组成及多样的晶体结构，使其具有优异的性能，如铁电性，介电性，超导性，巨磁电阻效应及催化性能。钙钛矿型复合金属氧化物在催化中最早

12、用于电催化，七十年代以后，它在汽车尾气净化方面表现出极为诱人的前景。本实验室博士研究生朱俊武，王艳萍等发现他们也能很好地催化高氯酸氨的分解，降低高氯酸氨的分解温度及增加放热量，从而改善火炸药性能。本实验拟采用TG研究PbTiO3纳米晶催化高氯酸氨分解的催化性能。钙钛矿型复合金属氧化物的制备方法很多，常见的有溶胶-凝胶法，热分解法，共沉淀法，冷冻干燥法，机械混合法等。其中溶胶-凝胶法制得的样品化学均匀性好，纯度高，颗粒细，是近年来广泛引起兴趣的材料合成方法。另外，纳米材料由于粒径小，比表面积大，表面原子数增加，表面原子配位不饱和，使表面微粒具有高的活性。本实验拟采用本实验室开创的硬脂酸法制备钙钛

13、矿型复合金属氧化物PbTiO3纳米晶。用X-ray 粉末衍射研究合成产物的晶体结构，通过TEM表征样品的形貌。3 仪器与试剂Bruker D8 ADVANCE型X-射线衍射仪；JEM-2100型透射电子显微镜仪；马弗炉（300900）；北京光学仪器厂WCT热分析仪。Pb(Ac)2, 硬脂酸，高氯酸铵, 钛酸四丁酯等。200 mL 烧杯，坩埚，蒸发皿若干。4实验步骤：（1） 将0.3 mol PbAc2及钛酸四丁酯按化学计量依次加入熔融的硬脂酸中(目标产物与硬脂酸的物质的量的比为1：2)，加热搅拌使其缓慢脱水形成深色凝胶，于蒸发皿中点火烧掉部分硬脂酸后，置于马弗炉中，分别在400，500，600

14、，700热处理3h得到不同粒径的纳米晶样品。（2）XRD分析: 用X-ray 粉末衍射仪对合成样品进行物相分析,测试条件: Cu耙,镍滤波片,室温,管压100kV,管流40mA,扫描范围15º70º,扫描速度8º/min,部分样品慢扫射速度为0.25º/min。（3）TEM分析: 用透射电子显微镜进行形貌分析和粒径统计测定。（4）用TG研究PbTiO3纳米晶催化高氯酸氨分解的催化性能:将一定比例的PbTiO3纳米晶与高氯酸氨混合,小心研磨,将混合样品于空气中程序升温处理,升温速率10/min。此部分工作有一定危险性,以演示为主。5 数据处理分别比较XRD

15、与TEM测试结果中不同热处理温度对样品形貌和粒径的影响。思考题1. XRD与TEM分析对样品粒径的统计结果是否一致,为什么?2. 讨论制备钙钛矿型复合金属氧化物纳米晶过程中形貌和粒径的影响因素。实验2 天然大分子的化学改性1 实验目的本实验利用交联剂对生物高分子材料明胶的分子链进行交联；利用共聚反应对明胶的分子链进行接枝，继而对交联、接枝效果进行一些常规检测。通过有关实验，初步了解材料科学目前的一个重要领域生物材料的部分研究工作，同时增强对高分子材料化学改性及其改性结果检测的一些感性认识。2 情况简介及实验原理明胶是由多肽链所形成的一种生物高分子。将存在于动物皮、骨等组织中的胶原蛋白在温和条件

16、下进行水解即可制得明胶。明胶和现代人类的生活息息相关。自被称为精细化工产品之王的感光材料诞生一百多年来，明胶以其所具有的多种特殊功效决定了自身在感光材料工业上强有力的不可替代性。另外，明胶在制药、食品、轻工行业也有着较为广泛的应用。和其它类型的材料一样，受原料、加工条件等因素的影响，明胶也存在着进一步提高其使用性能及有关性能的检测分析问题。胶卷片基上的涂层、药物的胶囊其主要成分都是明胶，人们在使用这些物品时，往往发现其胶卷涂层和药物胶囊的机械强度较差、耐高温性能差、吸湿潮解。于是，须将明胶的性能加以不断改善，即改性。高分子材料的改性手段通常有物理、化学、共混三种。在明胶的化学改性中，常用到化学

17、交联法，该方法用一些交联剂将原始明胶中的部分链状结构转化为网状结构：图2-1 明胶肽链交联示意图由于交联后，明胶的分子量增加，从而达到了改善明胶某些性能的目的。本文实验用甲醛作交联剂，用较为常规的实验手段定量检测明胶交联前后的溶水性（明胶固体在水中的溶解性能）与水溶性（水在明胶固体中的溶胀性能），从而判断明胶交联后的性能变化。明胶的接枝改性也是提高明胶综合性能的重要方法之一。图2-2 明胶肽链接枝示意图3 实验仪器及试剂明胶（数均分子量分别为70，000100，000左右），36%甲醛，甲基丙烯酸甲酯（MMA），K2S2O8，NaHSO3, NaOH，无水CaCl2无水乙醇，丙酮，蒸馏水。 有

18、机合成装置，紫外光谱仪，电子天平（0.0001g），恒温水槽，胶片（或玻璃）片基、50mL烧杯、小试管、涂片勺、电吹风、微量移液管、吸耳球等。4 实验过程实验A: 明胶的交联 120%明胶溶液的配制为加速明胶的溶解，可在50恒温水浴中进行配制。每个胶样配制三份。 2交联剂的加入上述明胶溶液配制完毕后，迅速取出每个胶样中的二份溶液，按每100克固体明胶加甲醛0.066和0.132moL的比例用移液管依次加入36%的甲醛溶液并搅拌。 3涂片用涂片勺在胶片上迅速等量涂上上述各种情形的明胶溶液，可见溶液迅速干固。4 浸泡将所涂胶片分别放入已标记好的烧杯中，加入15mL水浸泡，恒温50，浸泡时间3060

19、 min。5 溶胀率的测定溶胀率的测定为片基上的明胶膜重量浸泡后与浸泡前的比值。可用下列公式计算：式中：S为溶胀率，m0为片基质量，m1为涂片后干燥胶片的质量（注：m0、m1均应用分析天平在浸泡胶片前称量）。将浸泡后的胶片取出，用电吹风吹干明胶膜外表的水份，用分析天平称出此时胶片的质量m2，即可计算出S值。6 浸泡液的紫外检测将浸泡液分别在220nm处进行紫外检测，因为在此波长附近，明胶可对紫外光产生最大吸收。实验B: 明胶的接枝1 单体MMA的提纯将单体MMA用50%NaOH溶液洗涤以初步除去杂质，接着用水洗去碱液后再用无水 CaCl2干燥，再将干燥后的MMA液体进行减压蒸馏，取其中间馏份用

20、于以下实验。2 接枝取2g明胶用10mL蒸馏水溶胀，然后50时加热至溶解。（本实验中的明胶溶液必须新鲜配制，以防细菌繁殖）。将此明胶溶液倒入盛有80mL水的三口烧瓶中，并加入0.6g引发剂K2S2O8和0.4g NaHSO3，3mL单体MMA进行接枝共聚反应， 6080下反应2 h。反应在氮气保护下进行，时间持续2h后停止反应，并倒入34倍于水量的乙醇中终止聚合反应得到白色沉淀。离心分离出沉淀，在50真空烘箱中干燥至恒重。3接枝产物的纯化接枝反应后所的粗产物，在丙酮中回流提取6h，以除去均聚物PMMA，得纯接枝共聚物，其总重质量均高于加料时明胶的质量，增加的质量即为接枝链的质量，这初步表明，用

21、K2S2O8与NaHSO3体系可使明胶与MMA发生接枝共聚反应。按下式计算明胶接枝率（Grafting efficiency）式中G为明胶接枝率；m0为明胶的质量；m为接枝聚合物的质量。5 数据处理 1溶胀率的对比分析编号未加甲醛加入甲醛加入较多甲醛123注：表中数据应取平均值 2紫外谱图的对比分析分别将同一胶样三种情况的紫外谱图绘入一张，分析各情况下的浸泡液吸光度在220nm附近的变化值。3接枝率的计算编号明胶的质量（g）粗产物质量（g）萃取后产物质量（g）接枝率（%）123注：表中数据应取平均值思考题1 明胶属于生物高分子中的哪一类？2 明胶在紫外光谱中的主要生色基团是什么？ 3胶样溶胀率

22、的变化说明了哪些问题？ 4用等量20%的下列明胶溶液：（a）原始溶液；（b）加入适量甲醛；（c）加入比（b）中多一倍的甲醛，制成厚度相等、面积相等的凝胶膜。膜干燥后分别被放入等体积蒸馏水浸泡相同时间后，用紫外光谱检测浸泡液中溶进的明胶量。阐述该实验的目的以及基本原理。5什么是共聚反应？什么是均聚反应？6举例说明本实验中明胶接枝的研究意义是什么？7明胶接枝产物的物性如何？ 实验 3 蒙脱土改性聚合物1. 实验基本目的 采用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂对蒙脱土进行插层预处理；将预处理后的有机化蒙脱土熔融接枝尼龙；然后双螺杆造粒、挤出成型；继而进行力学性能测试。通过XRD、FT-IR 、TG、

23、DTA等分析手段对改性尼龙的性能进行表征。通过相关实验，使学生对聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能测试研究过程有所了解，培养并提高独立分析问题、解决问题的能力。2. 预备知识无机-有机纳米复合材料是指无机材料以纳米尺度分散在有机基体中形成的复合材料，其分散尺寸至少有一维小于100nm。由于分散相的纳米尺寸效应，表面效应等，导致由此制备的纳米复合材料比常规材料有更优异的综合性能，因而成为材料学领域研究的热点。近年来，聚合物/蒙脱土纳米复合材料由于其优异的力学性能、热稳定性、阻燃性、阻透性以及良好的导电性能而成为材料科学领域研究热点之一。2.1 蒙脱土的组成与结构图3-1 蒙脱土的晶体结构蒙脱

24、土(MMT)是一种天然粘土矿物，为膨胀型层状薄片结构。蒙脱土的结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的厚1nm 的层状结构，其分子式为MX(Al4-XMgX)Si8O20(OH)4。由于四面体中心的4 价阳离子Si和八面体中心的3 价阳离子Al已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。它能将阳离子和极性分子吸附在层间，将有机物引入层间，扩大层间距，膨胀性能好；同时改变了无机物界面极性和化学微环境，使单体有效地插入层间。同时，硅酸盐片层中间有可交换性阳离子，如Na、K、Ca2等，可与无机金属离子，有机阳离子型表面活性剂等进行离子交换。

25、另外，硅酸盐片层表面具有一定量的羟基，表现亲水性质而难以直接将亲油性单体或高分子插层进入硅酸盐片层中间，因此在制备聚合物/粘土纳米复合材料时，必须进行蒙脱土土的有机化处理，以改善其与聚合物基体之间的相容性。2.2蒙脱土的插层改性近年来，对蒙脱土的表面改性基本上是利用有机小分子、离子或其聚合物以共价键、离子键、氢键以及范德华力等形式对蒙脱土进行表面改性。根据蒙脱土的表面修饰机理可分为表面吸附法、离子交换法、偶联剂处理法及插层接枝法。表面吸附法即利用氢键或范德华力形式，使聚合物或聚合物单体在蒙脱土表面吸附，进而形成纳米复合材料。离子交换法即蒙脱土片层中间的可交换性阳离子，如Na、K、Ca2等，可与

26、无机金属离子、有机阳离子型表面活性剂等进行离子交换。因此，蒙脱土的层间距扩大，同时改变其与聚合物的相容性。目前，使用最多的是烷基季铵盐作为插层剂，MMT 在聚合物中的层间距取决于烷基季铵盐的结构和碳链的长度。蒙脱土层间阳离子交换示意图如下：图3-2 蒙脱土层间阳离子交换示意图偶联接枝法即利用有机物与蒙脱土的表面一定数量的羟基发生化学反应，以此来改变蒙脱土表面的化学性质，提高与有机物或聚合物之间的相容性。接枝插层法是近年来出现的一种新的插层技术，属于混合键接枝。即先利用离子交换法插层蒙脱土，对蒙脱土进行层间修饰，再利用有机物质与蒙脱土表面羟基发生反应。这种有机物本身与聚合物单体有很好的相容性并能

27、与之发生化学反应起桥梁作用，使蒙脱土片层与分子链形成稳定的结合，达到永久接枝的目的。2.3 高聚物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法插层复合法是制备高聚物/蒙脱土纳米复合材料的重要方法。首先将单体或高聚物插入经插层剂处理后的蒙脱土片层间，进而破坏硅酸盐片层结构，利用热力学或化学作用使片层剥离成厚1nm，长和宽均为100nm 的基本单元，并均匀分散在聚合物基体中，以实现高分子与蒙脱土在纳米尺度上的复合。插层复合法按其复合过程可分为两大类：（1）插层聚合法，即单体须先插层于层状结构的蒙脱土中，然后原位聚合，利用聚合时放出的大量热量，克服蒙脱土片层间库仑力，使其剥离，从而使蒙脱土片层与聚合物以纳米尺度相

28、复合。例如，丙烯酸酯类、吡咯等杂环类、苯胺类及其衍生物等单体，常温下是液态物质，它们可以被插层到层状硅酸盐层间去，以自由基聚合机理、化学氧化或电化学聚合机理等形成插层复合材料。（2）聚合物插层, 聚合物溶液插层是聚合物分子链在溶液中借助于溶剂而插入到蒙脱土的硅酸盐片层间，再挥发除去溶剂。溶剂可以是水或有机溶剂，水溶性聚合物如前面已叙述的PVOH、PEO、PAA、PLA 和PCL 在水溶液中与层状粘土或层状氧化物共混合插层，最后缓慢蒸发掉水溶剂，可方便地制备纳米复合材料。聚合物熔融插层是指聚合物在高于软化温度下加热，在静止条件或剪切力作用下直接插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间，而不借助任何溶剂。对于

29、许多技术上比较重要的聚合物而言，由于无合适单体或能使聚合物和硅酸盐相溶的溶剂，使原位插层或从溶液直接插层成为不可能。采用熔融插层则可克服上述缺点，而且熔融插层具有较高的专一性，可防止溶剂进入空间。2.4 高聚物/蒙脱土纳米复合材料的结构根据高聚物/硅酸盐粘土纳米复合材料中蒙脱土片层在高聚物基体内部的分散状态的不同，可将其复合结构分为三种类型：（1）普通复合；（2）插层型纳米复合；（3）剥离型纳米复合。在普通复合体系中，蒙脱土颗粒均匀分散在高聚物基体中，构成蒙脱土颗粒的硅酸盐片层并没有发生层间扩展的结构上的变化，高聚物大分子没有进入硅酸盐片层，严格来说不是插层复合（图3-3(a)）；插层型纳米复

30、合体系中，高聚物插入蒙脱土的硅酸盐片层间隙，其片层间距因大分子的插入而明显扩大,但层片之间仍存在较强的范德华力，层片间的排列仍是规整有序（图3-3(b)）；剥离型纳米复合体系中，高聚物分子大量进入蒙脱土层间，使其层片被完全撑开，片层间相互作用力消失，粘土层片是以无序混乱状态存在的（图3-3(c)）。 a 普通复合 b 插层型纳米复合 c 剥离型纳米复合图3-3 聚合物/粘土的类型尼龙是应用非常广泛的通用塑料，品种在全世界范围内的产量十分巨大，也是在通用塑料工程化的研究中，一种被优先考虑的材料。为了提高尼龙在应用中的竞争能力，就必须对其进行改性。传统的改性方法包括使用玻纤，CaCO3，SiO2或

31、滑石粉等填充材料对聚丙烯或尼龙填充改性，或对基体进行接枝改性等等。人们仍在探索更加有效和使改性后材料综合性能更好的改性方法。目前尼龙/蒙脱土纳米复合材料的制备方法主要有原位聚合，熔融插层两种方法。原位插层聚合技术是将蒙脱土作为催化剂载体，然后将单体分子进入蒙脱土片层间进行聚合，聚合反应产生的大分子链可将硅酸盐片层剥离并使其以纳米尺度分散在聚合物基体中。这种方法可制备插层结构的纳米复合材料，目前还处在探索阶段。熔融插层是指聚合物在熔融状态下通过外力作用直接插层到蒙脱土片层间的方法。该方法工艺简单，易于工业化，由于不使用溶剂，还可减少对环境的污染。3试剂与仪器3.1试剂钠基蒙脱土(Na-MMT)（

32、阳离子交换容量（ CEC）110mmol/100g）浙江丰虹粘土有限公司十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 分析纯 中国医药集团上海化学试剂公司十二烷基磺酸钠（SDS） 化学纯 上海凌峰化学试剂有限公司无水乙醇 分析纯 南京化学试剂一厂硝酸银 0.1mol/L 盐酸 分析纯 南京化学试剂一厂 尼龙6 南京金陵塑胶化工有限公司3.2仪器500ml三口烧瓶 温度计 温度计套管 药勺玻璃棒 滴管 布氏漏斗 水循环真空泵 pH试纸（2.07.0） 抽滤瓶烧杯 分析天平JJ-1精密增力电动搅拌器 常州国华电器有限公司PTHW型电热套 巩义市英峪予华仪器厂DZF-1B型真空干燥箱 上海跃进医疗器械厂Bruk

33、er VECTOR-22 型红外光谱仪 (KBr 压片；扫描范围4000cm-1-400cm-1)BrukerD8 ADVANCE 型X 射线粉末衍射仪 (Cu 靶K射线(=0.15405nm)扫描范围2°-12°)热重分析仪 (Shimadzu TGA-50 型，升温速率10/min，氮气气氛)双螺杆配料混炼(挤出机TE-35型) 江苏科亚化工装备公司精密注塑机(CJ80M3V CPC2 捷霸型) 震德塑料机械厂有限公司机械式拉力试验机(LJ10000N) 承德试验机厂LQ冷切粒机江苏省泰州市鑫力橡塑机械有限公司塑料成型造粒机 震德塑料机械厂有限公司热重分析仪(北京光学仪

34、器厂WCT-2A型热分析仪分析，升温速率10/min，氮气气氛)4实验过程4.1阳离子表面活性剂改性蒙脱土的制备将2g钠基蒙脱土溶解于200ml水中，于500ml三口烧瓶中加热至80，恒温搅拌,充分水溶膨胀3h后，慢慢滴加2倍蒙脱土离子交换量的CTAB的水溶液，继续恒温搅拌1h。反应完成后，自然冷却反应液至室温，抽滤，用去离子水洗涤数次，用硝酸银检测无Br-为止，再用无水乙醇洗涤3 次。产品于50真空下干燥24h，研磨过200目筛，得到白色CTAB-蒙脱土粉末。4.2阴离子表面活性剂改性蒙脱土的制备：将2g钠基蒙脱土溶解于200m水中，加热至80，溶胀3h，用盐酸调节溶液pH 值为3。慢慢滴加

35、1.05倍蒙脱土离子交换量的SDS的水溶液，继续恒温搅拌1h。自然冷却后取出，离心分离，用无水乙醇洗涤三次，在50真空烘箱中烘干，研磨，过200 目筛，即得SDS-蒙脱土。4.3有机化蒙脱土改性尼龙将尼龙挤出并注塑成型；分别将有机化蒙脱土（阴离子改性和阳离子改性产物）按2%(占尼龙的质量百分比)加入到尼龙中，混匀，挤出(挤出温度从进料口到机头各段温度分别为: 共混、造粒、机筒的温度分别为230，230，235和240，抽真空，螺杆转速60r/min), 注塑成型。4.4实验结果与讨论将实验所得的CTABMMT,SDSMMT及改性前后的聚丙烯用XRD、FT-IR 、TG、DTA等分析手段进行表征

36、并进行分析比较。5. 塑料挤出造粒工艺5.1实验目的熟悉挤出机各部分组成及挤出的主要参数；掌握挤出造粒工艺条件及其控制；学会挤出加工操作。5.2实验原理挤出成型是热塑性塑料加工的重要方法之一。挤出过程是将塑料在旋转的螺杆与机筒之间输送、压缩、熔融塑化，定量地通过机头加工成型。挤出造粒是将粉状物料经挤出机加工成颗粒，通常在粉状物料中加以各种助剂以改善物料的加工性能和制品性能。使用挤出机进行塑化造粒，通常有两种方法，即热切粒法和冷切粒法。热切粒法是采用特殊形状的旋转刀，切段由各孔板中挤出的塑料条。由于物料温度较高没有太大的阻力，这种切粒所需功率和切刀磨损都较小，不能关切结构紧凑，所占位置很小，软、

37、硬聚氯乙烯造粒均采用此种方法造粒。冷切粒法通常采用将挤出机设计为多孔板挤出圆条经冷却后切粒。对于圆条的冷却方法，通常将圆条放入冷却水中，因而造粒不易干燥，必要时要用热空气来干燥。采用这种方法切出的粒子不会粘在一起，特别是用于那些熔体粘度低，用热切粒法容易使粒子粘在一起的塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙等塑料。本试验中将采用冷切粒法，对尼龙进行造粒。 在挤出造粒过程中，塑料经加热塑化，定量挤出，冷却切粒等几个阶段，各种工艺参数如料筒温度、螺杆转数、冷却条件等对造粒都有很大影响。通过试验，要掌握它们之间的关系。5.3实验步骤（1）接通电源，通过控制屏上的加热和冷却开关，将料筒温度加热到尼龙（聚丙烯）

38、的TfTd温度之间。温度值可分别由插入机筒的水银温度计和动圈式温度指示调解仪显示，恒温20min。（2）启动主机，注意主机电流变化。直流电动机通过皮带轮，减速器带动螺杆转动。转速的高低可通过控制屏上的速度调节1，2来达到。升速时应先调节到“速度调节1”到最高值，然后调节“速度调节2”。降速时则先调节“2”后调节“1”。（3）将有机化蒙脱土和尼龙混合物放入挤出机料斗中，打开料斗座冷却水龙头。挤出圆条之后，经水槽冷却、牵引，然后切粒。5.4实验数据记录及结果处理（1）挤出机各段温度（各取三段）。 （2）挤出机螺杆转数。（3）挤出造粒工艺路线。（4）挤出造粒结果分析。6. 注射（注塑）成型6.1实验

39、原理注射成型又称注塑成型，是使热塑性或热固性塑料在注射机料筒中均匀塑化，然后由螺杆或柱栓推挤熔料到闭合的模具型腔中成型制品的方法。具有生产效率高、制品精度好等优点，广泛地应用于三位尺寸相近的批量生产。采用注射成型制备标准试样还可以研究塑料的力学、热学及电学性能，分析工艺与性能的关系，选择合理的成型条件，以求获得最佳的经济效益。注射成型的主要设备为注射成型机，其基本型式有栓塞式和螺杆式两种各种注射机工作时完成的动作程序可能不完全相同，但成型的基本过程及原理是相同的。由于柱塞式成型机存在温度分布不均匀、压力损耗大等缺点，所以，柱塞式注射机多为小型设备。目前，注射量在60g以上的注射机全部为螺杆式注

40、射机。螺杆式注射机的基本结构类似柱塞式注射机，但用一个旋转的螺杆代替单纯往复的柱塞。物料通过料斗落入料筒，随着螺杆的转动被强制沿着螺槽向前运送，在这一输送过程中，物料被逐渐压实，物料的气体由加料口排出。在热和螺杆剪切的作用下，物料的物理状态发生了变化，最后呈粘流态，并建立起一定的压力，当螺杆头部的熔料压力达到能克服注射油缸活塞退回的阻力（所谓背压）时，螺杆开始后退，进行预塑。与此同时，料筒前端和螺杆头部熔料逐渐增多，当达到所需要注射量时，计量装置撞击限位开关，螺杆即停止转动和后退，此时预塑完毕。6.2实验步骤制备试样：（1）手动操作方式，在注射机温度仪指示值达到实验条件时，再恒温1020min

41、，加入塑料、施行预塑程序，用慢速进行对空注射。 从喷嘴流出的样条，观察离模膨胀和不均匀收缩现象，如样条光滑明亮、无变色、银丝、气泡，说明原料质量及预塑程序的条件基本适用，可以制备试样。（2）用手动操作，依次进行闭模注射装置前移注射（充模）保压预塑/冷却注射装置后移开模顶出制品顶出器复位等操作。动作中读出注射压力、螺杆前进的距离和时间、保压压力、缓冲垫厚度、背压（表值）及驱动柱塞螺杆的液压力等数值，记录料筒温度、喷嘴加热值、注射保压时间、冷却时间和成型周期。从取得的却料制品观察熔体某一瞬间在矩形、圆形流道内的流速分布，由制得试样的外观质量确定实验条件是否恰当，对不当的实验条件进行调整。（3）在确定的实验条件下，用半自动操作方式，连续稳定地制取5模以