不同改性方法制备有机蒙脱土的研究

不同改性方法制备有机蒙脱土的研究

聚合物-粘土纳米材料是一种新型材料。粘土根据纳米颗粒的表面效应和体积效应以及聚合物的一般宏观效应而分布，因此纳米化合物的热、力、电磁学性能大大降低。因此，它引起了人们的注意。目前常用的蒙脱土有机改性方法有溶液搅拌法和微波加热法,两种方法都可以成功制备有机物插层蒙脱土近年来,机械力化学法以其特有的优势成为一种快捷、高效的化学改性方法目前,有关研钵研磨改性方法用于普通硅烷改性剂插层改性蒙脱土的研究还未见报道.文中采用简单、快捷、无溶剂的研钵研磨法对蒙脱土进行胺基功能改性,使蒙脱土负载胺基官能团,并与常用的溶液搅拌法(SA)、微波加热法(MW)制备的改性蒙脱土进行比较,以期为后续诸如功能负载1实验1.1原材料钠基蒙脱土(Na1.2氨基溶胶的制备1.2.1kh-400的制备20gMMT分散在100mL乙醇(95%)中,滴加氨水调节pH值为9～10,强烈搅拌30min.20gKH-550滴加在50mL乙醇(95%)中,超声处理30min,使其充分水解,将KH-550溶液倒入蒙脱土分散液中,在70℃水浴中机械搅拌24h.反应完成后静置1h,离心,沉淀物用丙酮抽滤48h,除去残余的KH-550及其水解产物,80℃真空干燥,粉碎过筛,待用.1.2.2微波加热法制备kh-400及水解产物20gMMT分散在100mL乙醇(95%)中,滴加氨水调节pH值为9～10,强烈搅拌30min.20gKH-550滴加在50mL乙醇(95%)中,超声处理30min,使其充分水解.将KH-550溶液倒入蒙脱土分散液中,置于家用微波炉中,调节功率至800W,加热反应30min,反应完成后静置1h,离心,沉淀物用丙酮抽提48h,除去残余的KH-550及其水解产物,80℃真空干燥,粉碎过筛,待用.1.2.3研磨法制备kh-400解产物10gMMT置于玛瑙研钵中研磨5min,缓慢滴加10gKH-550,搅拌均匀后继续研磨10min.将研磨后的粉末在强烈搅拌下分散在去离子水中,离心,沉淀物用丙酮抽提48h,除去残余的KH-550及其水解产物,80℃真空干燥,粉碎过筛,待用.1.3测试和性能1.3.1热重分析用美国TA公司生产的Q5000IR型热重分析仪测定抽提样品的热失重(TG)曲线,N1.3.2x-射线衍射分析用德国Bruker公司生产的D8Advance型粉末X射线衍射仪进行抽提样品的X射线衍射(XRD)分析,铜靶,LynxExe阵列探测器,管压40kV,管流40mA,扫描范围2°～70°.1.3.3红外光谱分析用德国Bruker公司生产的VERTEX70型傅里叶变换红外光谱仪对抽提样品进行红外光谱分析,KBr压片.1.3.4扫描电子分析用荷兰FEI公司生产的NovaNanoSEM430扫描电子显微镜对蒙脱土的微观形貌进行观察.1.3.5透光率的测定将1g样品分散在50mL无水乙醇中,自然沉降,用上海索域仪器厂生产的UV756CRT型紫外可见分光光度计测定在不同沉降时间所取得的上层清液样品的透光率,测定波长为350nm.2结果与讨论2.1kh-400-kh-400-kh-400m的红外光谱钠基蒙脱土和3种改性方法得到的有机化蒙脱土的FT-IR谱如图1所示.图1中未改性蒙脱土的曲线中,3624cm与未改性的钠基蒙脱土相比,经过KH-550改性后的蒙脱土的红外光谱曲线出现了新的峰:3348cm此外,对比图中各曲线,研钵研磨法改性蒙脱土的曲线在847cm2.2有机化反应结果蒙脱土改性前后的X射线衍射谱如图2所示,图中的(001)面衍射峰可以反映蒙脱土的层间距,根据布拉格方程2由图2和表1可以看出,有机化反应后蒙脱土(001)面衍射角向小角方向偏移,因此,经过KH-550改性后蒙脱土的层间距相比于Na综合FT-IR和XRD分析结果可得,3种改性方法都使胺基硅烷偶联剂插层进入蒙脱土,并且与蒙脱土层间的羟基发生化学反应;对3种改性方法进行比较得出,研钵研磨法比溶液搅拌和微波加热法更有效.2.3tg的结果和分析蒙脱土有机改性前后的热重曲线如图3所示.从图中可以看出,未改性钠基蒙脱土的热重曲线表现为两步明显的失重,2.4蒙脱土的微观颗粒未改性蒙脱土与经不同改性方法制备的改性蒙脱土的SEM结果如图4所示.从图4中可看出,未改性蒙脱土聚集成致密的晶体颗粒,颗粒直径大且颗粒表面平坦规整,端面光滑无卷曲,颗粒之间的团聚也比较明显.经胺基硅烷偶联剂改性后,蒙脱土变得疏松,颗粒之间的团聚作用减弱,呈现松散的聚集,颗粒直径明显变小,表面不规整,卷曲松散,凹凸不平2.5蒙脱土的有机功能改性.与乙醇的配伍性.蒙脱土胺基功能改性前后在无水乙醇中的透光率随时间的变化如图5所示.蒙脱土层间和表面含有极性羟基,易溶于强极性的水中,在极性较弱的乙醇中不易分散.蒙脱土在聚合物基体中的分散状态直接影响复合材料的宏观性能,因此,蒙脱土有机功能改性的目的是降低蒙脱土层间的极性环境,减弱蒙脱土粒子间的团聚作用,提高蒙脱土在高聚物基体中的分散性.胺基功能化的蒙脱土表面和层间接枝了有机分子长链,一方面降低了蒙脱土的极性,且接枝分子越多极性越弱,使得蒙脱土与乙醇的相容性增加,分散稳定性提高;另一方面,有机分子长链之间的位阻效应阻碍了蒙脱土粒子之间的团聚,使蒙脱土粒子在乙醇中的沉降速度减慢,稳定性提高.由图5可见,有机功能化后的蒙脱土透光率明显小于未改性蒙脱土,说明有机改性后的蒙脱土在无水乙醇中的分散稳定性明显提高.对比3种改性方法,经研钵研磨法改性后的蒙脱土在无水乙醇中的稳定性最高,说明该方法的改性效果最佳.3降低钠基蒙脱土氨基化合物的负载率文中对钠基蒙脱土以及采用研钵研磨法、溶液搅拌法、微波加热法制备的有机改性蒙脱土的分析表明:研钵研磨法能够实现对蒙脱土氨基化合物的插层改性;相比于溶液搅拌法、微波加热法,研钵研磨法