表面活性剂和硅烷偶联剂有机复合改性蒙脱土的性能表现
蒙脱土是一种含水的2∶1型层状硅酸盐粘土矿物,其结构单元主要是二维排列的Si─O四面体和二维排列的Al(或Mg)─O─OH八面体,此两类片层的对称性相似,并且大小几乎相等,晶片层间存在过剩的负电荷,通过静电吸附层间阳离子保持电中性。近年来,蒙脱土由于其独特的结构优势、来源广泛且价格低廉而受到研究者的青睐和重视,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材料具有比重轻、耐热性好、阻隔性、耐老化性、阻燃性优良等特点,并且复合材料具有较好的尺寸稳定性和透明性。
在制备聚合物，蒙脱土纳米复合材料的过程中,一般先对蒙脱土进行有机改性,增加蒙脱土与有机物的相容性,因此有机改性剂的选择和使用是关键。有机改性剂应能较易进入蒙脱土片层,并显著增大层间距,使层间由亲水转变为疏水,同时改性剂分子应与聚合物单体或高分子基体间有较强的物理或化学作用,利于聚合物或单体插入蒙脱土层间而达到纳米级的复合。通过选用不同的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂对蒙脱土进行插层改性,增大蒙脱土的层间距;选用硅烷偶联剂对蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵改性的蒙脱土进行表面修饰改性,改善蒙脱土的表面性质;利用X2射线衍射和红外光谱对蒙脱土改性前后进行了表征,探讨了表面活性剂插层改性、偶联剂表面修饰改性以及两者有机复合改性对蒙脱土结构的影响;研究了蒙脱土在不同介质的分散性;对聚氯乙烯，有机蒙脱土复合材料进行了示差扫描量热表征分析和力学性能测试,探讨了表面活性剂和偶联剂有机复合改性对蒙脱土复合材料性能的影响。
硅烷偶联剂是一类含有可以和无机物反应的硅氧烷基团以及能和有机树脂反应的环氧基、氨基、乙烯基基团等的有机硅化合物,对于改善有机体与无机填料之间的相容性方面起着重要的作用。硅烷偶联剂修饰蒙脱土的机理是在利用硅烷偶联剂对蒙脱土进行表面改性时,硅酯基与水起水解反应后形成硅醇基,硅醇基与蒙脱土的表面羟基反应,再通过干燥脱水形成部分共价键,最终硅烷偶联剂在蒙脱土表面形成多分子覆盖膜,改变蒙脱土固有的亲水性质,使蒙脱土的表面性质发生根本变化。因此,选用硅烷偶联剂对蒙脱土进行表面修饰改性,可提高蒙脱土在非极性溶剂中的分散性,也可使聚合物与蒙脱土之间有更好的联接。
在水中由于蒙脱土本身的亲水性和片层间的电荷排斥效应,它的分散性很好,而在苯乙烯和液体石蜡中没有分散。经表面活性剂和硅烷偶联剂有机改性后的蒙脱土,在水中没有分散,在苯乙烯和液体石蜡中分散性能大大提高,说明蒙脱土经有机改性后,由于负载了有机物,其表面性质由亲水变为憎水,即亲油性得到很好的改善;硅烷偶联剂表面修饰改性的蒙脱土在苯乙烯中的分散性略差于其他两种改性蒙脱土,这可能是由于硅烷偶联剂的长链烷基链短,对蒙脱土的覆盖能力弱。
不过,经表面活性剂和硅烷偶联剂有机复合改性的蒙脱土在苯乙烯中的分散性又好于表面活性剂插层改性的蒙脱土,说明经硅烷偶联剂表面修饰改性的有机蒙脱土与有机物的相容性可得到明显提高。经表面活性剂和硅烷偶联剂有机复合改性的蒙脱土在液体石蜡中的分散性也好于其他蒙脱土。
在插层复合材料中,聚氯乙烯分子链插层进入有机蒙脱土层间,增大了两者的相互作用面积,使聚氯乙烯分子链受到蒙脱土片层的限制,因此材料的刚性有明显增加。在共混复合材料中,由于层间距增大较小,聚氯乙烯分子链进入蒙脱土层间较少,两者相互作用的面积较小,因此材料拉伸强度增大的程度稍差。
因此,要想提高PVC/蒙脱土插层复合效果,一是要增大蒙脱土的层间距;二是要改善蒙脱土与PVC的界面效果,提高蒙脱土在PVC基体中的分散均匀性。这说明,对蒙脱土进行表面活性剂和偶联剂有机复合改性是提升复合材料力学性能的有效手段之一。
表面活性剂和硅烷偶联剂有机复合改性的蒙脱土不仅增大了层间距,且改善了与PVC的界面效果,提高了在PVC基体中的分散均匀性,所以其与PVC熔融共混后的复合材料的玻璃化转变温度的增幅最大,力学性能的改善也更明显。
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