蒙脱土的有机改性研究进展

在众多无机纳米粒子中，蒙脱土矿藏资源丰富，性能优良，价格低廉而受到人们的青睐。蒙脱土在工业上应用范围很广，例如聚合物的添加剂、有毒物质的吸附剂、催化剂、涂层剂等，被人们誉为“万能材料”。尤其是聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料，在基体中添加少量的蒙脱土就可以较大幅度地改善材料的力学性能、阻燃性能和热稳定性能，因此蒙脱土近年来成为研究热点。

蒙脱土（MMT）是一类由纳米厚度（约1 nm）的表面带负电的硅酸盐片层依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物。这种特殊的晶体结构赋予蒙脱土独特的性质，如表面极性大、阳离子交换能力强、层间表面含水等。但是，蒙脱土层间有大量无机离子而表现出亲水疏油性，不利于其在聚合物基体中的分散，因此要对蒙脱土进行有机改性。进行有机改性的目的旨在改变蒙脱土表面的高极性，使蒙脱土层间由亲水性转变为亲油性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大，使得高分子链或单体进入层间，从而制备出纳米复合材料。因此，蒙脱土的有机改性对纳米蒙脱土/聚合物复合材料的制备起到决定性的作用。

蒙脱土的有机改性剂常采用阳离子表面活性剂，改性机理是：以有机阳离子与蒙脱土层间的可交换阳离子（主要是钠离子）发生离子交换反应，使有机基团覆盖于蒙脱土的表面或插入蒙脱土层间，令其表面性能发生变化，由原来的亲水性转变为亲油性，同时增大层间距。

有机季铵盐是目前最常用的阳离子有机改性剂，常采用十六或十八烷基三甲基铵盐处理蒙脱土，在改变蒙脱土层间微环境的同时，由于季铵盐体积较大，进入蒙脱土层间使层间距增大，从而削弱了片层间的作用力，有利于插层反应的进行。 

经有机改性后的蒙脱土层间距会增加，层间距增加多少主要依赖于有机季铵盐的结构。采用了长烷烃链季铵盐改性蒙脱土，比较系统研究了季铵盐用量、碳原子数、烷烃链数等对OMMT晶片层间的结构影响。通过对OMMT表征，结果表明：随着季铵盐用量、碳原子数、烷烃链数的增加，OMMT的层间距（d001）增加，而季铵盐中卤素取代基对层间距影响不大。不同烷基链数的季铵盐阳离子在蒙脱土层间的排列方式有所不同，这主要是取决于有机季铵盐自身结构。

有机蒙脱土本身对材料具有一定的阻燃性能，但当有机蒙脱土与其它阻燃剂复配时，能更好的发挥其阻燃性能。

采用十六烷基三甲基溴化铵和磷酸三丁酯改性蒙脱土，分别为OMMT-1和OMMT-2。并添加了无机阻燃剂Al(OH)3、Fe2O3进行复配，进一步提高复合材料的阻燃性能。发现单独添加OMMT的硅橡胶阻燃复合材料虽然都有抑制熔滴物产生，减少烟和灰尘生成的作用，但是不具备阻燃的效果。当一定量的无机阻燃剂与有机蒙脱土进行复配后，可达到垂直燃烧FV-0级别，这是因为有机蒙脱土与无机阻燃剂具有协同阻燃的效果。 

也可以在复合材料中添加膨胀型阻燃剂来提高其阻燃性能。采用十四烷基三甲基氯化铵改性蒙脱土。通过熔融插层法将膨胀型阻燃剂6H-二苯并氧代磷酸甘油酯-6-丙酸，α-甲基-、甲酯、6-氧化物（DOPPMO）、OMMT和聚丙烯按照一定质量比进行共混，制备了膨胀型阻燃剂/蒙脱土/聚丙烯复合阻燃材料。通过熔融插层法，聚丙烯分子链可以插入蒙脱土层间，长链季铵盐的改性则进一步改善了蒙脱土与聚丙烯分子间相容性，提高了复合材料热稳定性和碳残余量。阻燃剂DOPPMO与OMMT表现出很好的阻燃协同效应，并且力学性能方面也有一定幅度的提高。

聚合物/蒙脱土纳米复合材料越来越受到人们的关注，而蒙脱土在聚合物中分散程度是影响复合材料性能的主要因素，当呈现剥离状态时，聚合物与蒙脱土存在强的协同效应，使得材料的性能达到最优化。通常是先用有机改性剂对蒙脱土进行有机改性，之后再与聚合物单体进一步插层，使之形成剥离型纳米复合材料。

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