聚苯乙烯／有机合成理皂石纳米复合材料的制备与表征.pdfVIP

维普资讯 第2o卷 第6期 应 用 化 学 Vo1．2ONo．6 2003年 6月 CHINESEJOURNALOFAPPU哐DCHEMISTRY Jun．20D3 聚苯 乙烯／有机合成锂皂石纳米复合材料的制备与表征 赵伟安 侯万国 孙德军 侯万荣 李东祥 (山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室 济南 250100) 关键词 聚苯乙烯 ，合成锂皂石，纳米复合材料 中图分类号：0631 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000-0518(2003)06-0606-03 2O世纪9O年代初，日本丰田研究所研究人员首次将聚合物和有机蒙脱土应用到合成纳米复合材 料。他们制备了尼龙6／蒙脱土纳米复合材料 ，当蒙脱土含量只有4％时，材料的机械性能、阻隔和热阻 燃性能与原聚合物相比都有了显著提高 ¨]。此后，聚合物／粘土纳米复合材料在 电子学、光学、化工、能 源、力学、生物医学等领域已展现出广阔的应用前景 ¨J。所用的粘土矿物主要是蒙脱土 。合成锂 皂石是完全合成的产品，具有类似天然蒙脱土的层状晶片结构，纯度较高，在水中分散性较好，已被广泛 应用于油漆、日用化工、电池等领域 ]，但应用到制备聚合物／粘土纳米复合材料的研究还较少。粘土与 聚合物复合后，根据粘土分散相尺度和分散状态的不同，可得到3种类型的复合材料 J：常规型纳米复 合材料、插层型纳米复合材料和剥离型纳米复合材料。其中只有剥离型才能导致材料机械和物理性能 的最大改善。但是，因为硅酸盐片层与层间离子的静电吸引力使得制备剥离型纳米复合材料相当困难， 国内外制得的剥离型聚合物／粘土纳米复合材料还较少 J。本文成功制备出了剥离型的聚苯乙烯／合成 锂皂石纳米复合材料，并用XRD、TEM、肌 R、TGA和DSC等测试手段对材料的结构与性能进行了研究。 合成锂皂石 (1aponiteRD，SouthernClayProducts，Inc．)；苯乙烯，化学纯，上海化学试剂公司；十六 烷基三 甲基溴化铵(CTAB)，化学纯，上海化学试剂公司。 日本 D／max—rB型x射线衍射仪，连续记谱扫描，CuKa辐射 (A=0．15405aria)，后单色器，管电压 4OkV，管电流 120mA，扫描范围20=1．5。～4O。，扫描速度2~／min。NicoletUSA5DX兀1R光谱仪，KBr 压片。用 日立 H-800型透射 电镜观察粘土片层在PS基体中的形态结构 ，加速 电压 100kV，样品环氧包 埋后超薄切片制样 (一60ilm)。日本ShimadzuTG— 型热分析仪，N：气保护，升温速率 15℃／min，温度 范围30～500℃。Perkin．ElmerDSC-7型差示扫描量热计， 气气氛，温度范围6O一500oC，升温速率 2O oC／min。 合成锂皂石有机化：配制质量分数为2％的合成锂皂石悬浮体 ，加热升温至60℃，搅拌20min使其 充分溶涨。然后按其质量的30％加入 CTAB，于8O℃剧烈搅拌反应 2h。抽滤水洗，至滤出液 中加入 0．1moWLAgNO溶液无 白色沉淀生成。将滤饼在8O℃烘干即得有机合成锂皂石。 聚苯乙烯／有机合成锂皂石纳米复合材料的制备：将质量分数分别为2％、5％、7％和 10％的有机合 成锂皂石和苯乙烯单体加到四口烧瓶中，在7O℃水浴下搅拌 30rain，使有机合成锂皂石在单体中充分 分散，然后加入定量过硫酸钾和十二烷基硫酸钠的混合水溶液，搅拌形成稳定乳液。7O～8O℃乳液聚 合 3h，N气气氛保护。然后用适量硫酸铝破乳。将所得沉淀洗涤、烘干得聚苯乙烯／有机合成锂皂石纳 米复合材料。 结果与讨论 图1是合成锂皂石和有机合成锂皂石的XRD谱图。可以看出，经过阳离子交换后，合成锂皂石的 片层间距(d。。)由原来的1．46209ilm增大到有机合成锂皂石的1．64742nm。这表明十六烷基三 甲基 溴化铵阳离子 (CTA )确实插层进入了合成锂皂石层间，并使其片层间距增大。此外，合成锂皂石001 面衍射峰较宽且强度较低，而有机合成锂皂石001面衍射峰较尖锐且强度增高，说明CTA 和合成锂皂 石片层的相互作用可能引起了后者片层的自组装，使其较差的结晶结构变成较规则的片层晶体结构。 2002—10-O9收稿，200212