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摘 要

将纳米级有机改性硅酸镁铝加到塑料、树脂、纤维等聚合物中，能够有效提高聚合物的韧度、阻隔性能及耐热等性能。较之于单纯的聚合物，添加了纳米级有机硅酸镁铝的聚合物的韧性、强度、模量、耐热性等性能得到大幅度提高，在很多场合可以取代钢铁等金属材料。一些欧美发达国家已经比较广泛地将这种复合材料广泛地应用于汽车、造船、航天等工业。然而常规的纳米级有机硅酸镁铝在聚合物中容易团聚，无法在聚合物中充分分散，这导致了添加了纳米级有机硅酸镁铝的聚合物断裂生长率快速下降，严重影响了材料的物理性能。当前聚合物用纳米级有机硅酸镁铝产业化进展迟缓的重要原因，就是无法解决纳米级有机硅酸镁铝在聚合物中团聚这一难题。

本文通过探究改性剂的种类、添加量和改性环境对有机改性纳米级硅酸镁铝的影响，来试图解决纳米级有机硅酸镁铝在聚合物中团聚这一问题。实验选择正交实验法等方法，制备出了不同改性环境下的有机改性硅酸镁铝样品，并对实验样品进行了分散性能测试和结构表征。结果显示，添加了质量分数为1%的十六烷基三甲基溴化铵硅烷偶联剂改性剂的改性样品，在pH=8、60℃的改性环境下改性2h后的改性效果最佳。将不同改性剂等比例复配后，质量分数为1%的十八烷基三甲基苄基氯化铵与十二烷基硫酸质量比1：1的复配改性剂改性样品在有机溶剂对苯二甲酸混合溶剂中的分散效果在48h内充分分散，没有团聚的现象发生。

关键词：纳米级有机硅酸镁铝 团聚 分散 正交实验 吸附 十八烷基三甲基苄基氯化铵

Preparation and Adsorption Properties of Nanometer Organic Modified Magnesium Aluminum Silicate

Abstract

Adding nano-scale organically modified magnesium aluminum silicate to polymers such as plastics, resins and fibers can effectively improve the toughness, barrier properties and heat resistance of the polymer. Compared with simple polymers, polymers with nano-sized magnesium aluminosilicate added have greatly improved toughness, strength, modulus, and heat resistance, and can replace metal materials such as steel in many cases. Some European and American developed countries have widely used such composite materials in automobiles, shipbuilding, aerospace and other industries. However, the conventional nano-sized magnesium aluminum silicate is easily agglomerated in the polymer and cannot be sufficiently dispersed in the polymer, which leads to a rapid decline in the fracture growth rate of the polymer added with the nano-sized magnesium aluminum silicate, which seriously affects the material. Physical properties. An important reason for the slow progress in the industrialization of nano-sized magnesium aluminosilicates for polymers is the inability to solve the problem of agglomeration of nano-sized magnesium aluminum silicates in polymers.

In this paper, we explored the problem of the agglomeration of nano-sized magnesium aluminum silicate in polymers by investigating the effects of modifiers, addition amounts and modification environment on organically modified nano-sized magnesium aluminum silicate. The experimentally selected orthogonal experimental methods were used to prepare organically modified magnesium aluminum silicate samples under different modified environments. The dispersion properties and structural characterization of the experimental samples were carried out. The results showed that a modified sample of cetyltrimethylammonium bromide silane coupling agent modifier with a mass fraction of 1% was added and modified in a modified environment of pH=8 and 60 °C for 2 h. The modification effect is the best; before and after the modification, the intercalation distance d₀₀₁ of the modified sample is expanded by 0.24 nm. After compounding different modifiers in equal proportion, the mass fraction of 1% of octadecyltrimethylbenzylammonium chloride and dodecylsulfate mass ratio of 1:1 compound modifier modified sample The dispersion effect in the organic solvent terephthalic acid mixed solvent was sufficiently dispersed within 48 hours, and no agglomeration occurred.

Key Words:Nanoscale Magnesium Aluminum Silicat;Reunion ;Dispersion ; Orthogonal Experimen ; Adsorption ;Octadecyl Trimethyl Benzyl Ammonium Chloride

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2硅酸镁铝简介 1

1.2.1原料来源 1

1.2.2硅酸镁铝的吸附机理 2

1.3聚合物用纳米有机硅酸镁铝 2

1.3.1聚合物用纳米有机硅酸镁铝的发展 3

1.3.2聚合物与纳米有机硅酸镁铝的复合方法 3

1.3.3纳米有机硅酸镁铝的分散性能测试 4

1.3.4聚合物用纳米有机硅酸镁铝技术发展 5

1.4纳米硅酸镁铝有机改性 6

1.5选题的目的、意义和主要研究内容 9

第二章 实验部分 11

2.1主要原料与试剂 11

2.2实验方法选择 12

2.3有机改性硅酸镁铝 13

2.4分散性能测试 13

2.5 结构表征 14

2.5.1 X射线衍射分析 14

2.5.2扫描电子显微镜分析 15

2.5.3红外光谱分析 15

第三章 实验结果讨论 16

3.1分散性能测试效果 16

3.2.1十六烷基三甲基溴化铵改性硅酸镁铝分散性能测试 16

3.2.2十八烷基二甲基苄基氯化铵改性硅酸镁铝样品分散性能测试 17

3.2.3改性剂为硅烷偶联剂的改性样品分散性能测试 18

3.2.4 十六烷基三甲基溴化铵与己内酰复配改性分散性能测试 18

3.2.5 十八烷基三甲基苄基氯化铵与十二烷基硫酸钠复配改性分散性能测试 19

3.2 X射线衍射分析 20

3.3扫描电子显微镜分析 24

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2展望 25

参考文献 26

致谢 27

第一章 文献综述

1.1引言

近些年，通过在聚合物中添加纳米有机硅酸镁铝聚合物的方法制备有机硅酸镁铝-聚合物复合材料到了较广泛的关注。有机硅酸镁铝-聚合物复合材料与其他复合材料相比^[1]，具有特殊的光学性能、环境耐久性、高阻隔性能^[2]、低膨胀系数、低密度等特点，在航天^[3]、汽车、工程塑料等领域有着较好的应用前景。而影响硅酸镁铝-聚合物复合纳米材料物理性能的因素之一，就是纳米硅酸镁铝在聚合物中的分散性。常规的纳米有机硅酸镁铝在聚合物中经常团聚，很难完全分散在聚合物中。这也导致在聚合物中加入有机硅酸镁铝后，虽然机械强度和力学性能有了显著提升，但断裂伸长率同样下降得很快。目前在工业上，生产纳米有机硅酸镁铝，需要首先从天然膨润土矿物中提纯得到高纯度蒙脱石，然后通过有效技术手段对蒙脱石进行剥片。然而这些生产工序很繁琐，外界干扰因素大，工艺参数不稳定，严重影响了聚合物用纳米有机硅酸镁铝产业化的进展。

1.2硅酸镁铝简介

1.2.1原料来源

主要成分为硅酸镁铝的膨润土，因储量丰富、价格低廉等原因，是制备硅酸镁铝-聚合物复合纳米材料的不可或缺的原料之一。天然蒙脱石的表面有亲水性，这对硅酸镁铝在有机物和聚合物中的分散有很大的影响，为了提高硅酸镁铝与聚合物的相容性，需要对硅酸镁铝进行有机改性。有机改性后的硅酸镁铝层间距进一步增大，吸附性能和分散性能显著提升，无机相与有机相之间的相容性也有所提升。

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